110千伏变压器短路分析

110伏变压器短路分bookmark02002年1丨0千伏及以上级变压器短路事故台次统计由于110千伏级变压器短路损伤故率的非正常攀升，如何提高110千伏变压器的抗短路能力，减少运行中短路损伤概率已越来越引起供用电单位和设备制造企业的重视。国家电网公司生产运行部统计的1991年~2002年变压器短路损坏事故的统计见表1.年以后，短路损坏的变压器占事故总台次比率有明显的上升。在1994年至1999年度，短路损坏台次占总事故台次比率在35以上。1995年至1996年度甚至达到了50左右。大型变压器短路损伤事故居高不下的问铨，已到了非解决不可的程度。

一、110千伏级变压器事故损伤率大幅上升的原因从大童公布的技术分析，110千伏变压器短路损伤率大幅攀升的原因，主要是因为制造厂在80年代未至90年代初进行的低损耗“8型”产品的设计时对产品的抗短路强度未引起足够的重视，以至在此期间生产的大置产品存在强度不足的先天性缺陷。同时，和国家经济发展同步的电力网系统容童的上升，导致系统短路阻抗的大幅下降。一旦线路发生短路事故，短路电流可能会比原来的运行情况下大10~20左右，由此导致的变压器短路率要大20-40之间。因此，可能同样的一台变压器，在原来的系统容置较小的电网中运行时，因短路电流较小，可以承受短路冲击而不发生事故；而当电网容置大幅提升后，有可能承受不了这时的短路冲击而发生损伤。在这两个原因中，产品结构强度不足是主因，电力网系统容*的上升是诱因。

结合90年代中后期发生的大量110千伏短路损伤事故图片，原“8型”

低损耗产品结构设计中主要不足如下：在80年代早期或更早的国产110千伏产品中，110千伏变压器大多采用了开口钢压板的结构。虽然钢压板的采用会引起变压器负耗损耗的显著上升，同时也可能会带来局部高漏磁区的过热问题，但毫无疑问，这种钢压板结构的采用对变压器轴向支持强度是一个有力的保证。

在“8型”低损耗产品的设计中，大量的企业采用了等厚度的国产层压木开口环代替原钢压板，事实证明，这种改变直接导致了上部机械强度的不足，是引起90年代后1丨0千伏级变压器短路损伤事故的一大原因。

在线圈的卷制工艺上，“8型”设计调整前后并无大的区别。但在“8型”设计之前，大部分的变压器线圈是采用浸漆工艺的，而“8型”设计以后的产品大多取消了浸漆工艺，同时自1996年开始不断有用户提出的110千伏级变压器局放水平也不允许对110千伏级产品进行浸漆处理，因为浸漆处理后对产品绝缘有明显影响。

但浸漆处理对提高产品的机械强度却是一个有力的措施。众所周知，为保证线匝之间的绝缘强度，线圈绕制用导线必须包绕不同厚度的绝缘纸作为咀绝缘材料。对1丨0千伏级高压线圈一般采用的匝绝缘厚度为1.35毫米，在线饼的整个幅向尺寸中，这个匝绝缘厚度要占相当的比例。如对单根纸包铜线，匝绝缘大概要占40左右，对双根组合导线，由于组合导线单元线间匝绝缘较小，所以这时候匣绝缘大概占线饼幅向的30.在线圈绕制时表观看上去线圈是绕紧的，但线圈烘燥后绝缘物会发生收缩，收缩产生的后果就是线匝之间的状态松了。

如果这种烘燥后相对较松的线圈投人运行，对产品的安全将带来隐患。线圈的浸漆工艺是对经烘燥收缩后的线圈进行浸漆，从而弥补前面烘燥中产生的线饼松动现象，有效地提高了线圈本身的强度。

在90年代中前期生产的110千伏变压器大多采用两个导电回路的中部进线结构，这样就造成设计时单个回路的导电材料截面偏小，不能采用组合式导线，因此线饼辐向尺寸中匣绝缘占的比例很大，烘燥后收缩大，又没有原来的浸漆工艺来弥补，因此线圈的卷制状态实际上相对是比较松的，自然影响到产品的强度。

3、线饼轴向支堵垫块处理工艺不到位和线饼幅向中匣绝缘要占一定比例这个情况类似，为保证线饼与线饼之间的绝缘和线饼本身的散热，每个线饼之间都有一圈用绝缘纸板做的油道，这样在整个轴向高度上，绝缘材料也要占一定的比例，对一般的110千伏产品，这个比例大概也要在30~40之间。虽然轴向高度在线圈烘燥后可以通过加添垫块的方法进行调整，但如果垫块处理不到位或者线圈预烘工艺控制不当，有可能产生待套装线圈高度上有一个“虚高”，这个“虚高”是指线圈在器身处理和浸油后会进一步的收缩，如果线圈的“虚高”是大体相等的，则在变压器出烘或二次吊罩紧固时仍可通过控制上部压紧力的方法将每个线圈都压紧。但事实上，如果对线圈预烘工艺没有足够的重视，极可能产生每个线圈的“虚篼”

不一样这种情况，这时候将导致铁芯柱上套的几个同心线圈压紧后松紧不一，有的线圈是紧的，有的线圈是松的，这时势必影响线圈的轴向强度。

在线圈浸漆工艺采用的时候，由于绝缘纸和垫块中漆液的浸人将对线圈的前道处理中的不一致有一个弥补过程，因此这时候轴向上线圈的“虚高”不一致问题不是太明显。但如果取消浸漆工艺，对垫块的处理和对线圈的处理控制有必要作相应的调整。

4、内线圈的内後支撑较薄弱传统的设计中铁心和内线圈之间的支撑并不是很理想，多采用多层可调整的围屏结构，这些围屏一般是由8=1.5~2毫米的纸板制成，层与层之间没有粘结，线圈在受到短路的内挤力时，各个支撑撑条松紧状态并不很一致，有的撑条处可能紧一点，有的撑条处可能很松。因此对比较松的地方，实际上内部支撑是虚的，线圈内挤时这些地方可能会首先变形，而一旦线圈发生一个初始的变形，将导致正反馈式的变形量扩增，从而导致线圈的彻底扭挤破坏。

如果线圈是按传统工艺浸漆处理的，这种初始的变形相对而言比较难以发生，因为线圈的线匝之间可能将力量互相传递，而一旦线圈不采用浸漆工艺，线匝卷紧程度相对较松，线匝之间力的传递要差，局部的初始变形相对要容易些，这时候线圈产生机械破坏的概率就大。

二、提离110千伏级变压器抗短路能力的措施90年代后期暴露出来的110千伏级变压器抗短路能力不足的原因，就可以有针对性地逐项整改。但变压器制造技术的发展已不可能再倒退至钢压板加线圈浸漆的年代。因此，提高1丨千伏变压器的抗短路能力，应该吸收原“8型”低损耗变压器设计中绝缘压板和不浸漆的做法。虽然绝缘压板和不浸漆这两项改动是造成前期110千伏变压器抗短路能力不足的主因，但真正使这么多变压器出问题的原因，也不能简单的归咎于这两项改动。因为这两项改动也是在引进吸收国际变压器制造先进技术的基础上采用的，从发展的角度看，这两个改动是潮流所趋，是方向。

那么怎么解释在采用这两项技术后110千伏变压器短路损伤的事故率明显上升了呢，这里面主要的问题是没有在采用这两项技术时进行通盘考虑，没有在采用这两项技术后对由此可能带来的影响作充分的论证，因此也没有进行相应的针对性调整。这才是造成90年代中后期大量110千伏变压器事故损伤的大原因。

基于以上认识，并吸收事故产品的教训，一些企业在制作110千伏产品时对以上各薄弱环节进行了相应的调整，并对不同容量段产品进行试验验证。多年的生产和运行经验表明，在充分考虑到绝缘压板和不浸漆工艺的相关影响，并进行有效的设计和工艺调整后，生产的〗0千伏产品抗短路能力是可靠的，沿用“8型”设计的绝缘压板结构和不浸漆工艺是完全可能的。下面主要介绍在110千伏变压器生产中提高产品抗短路能力的一些具体措施：1、改康来的分瓣压板结构为整固压板结构，并对铁窗外线圈部分增加半固副压板，解决端部压板a度不足的脎患改进后线圈整圆压板厚度为40~60毫米不等（视变压器容量和结构定）。半圆副压板厚度和主压板尺寸相同，整体厚度达80-120毫米。按此方案调整后变压器制作成本无明显增加（多了三相半圆副压板材料），变压器的外限尺寸也无放大，但上部压板强度不足的隐患得以彻底解决。

部进线，使导电回珞截面翻倍，从而为组合导线的使用创造了条件前面已经进行过估算，组合导线的应用可以大幅度地减少线饼幅向尺寸中绝缘材料的比例。减少线圈烘燥后的收缩量，保证线圈的紧实度。同时，组合导线的使用必然导致单个线饼线匝数的减少，而在线圈的卷制中可以发现，这种线饼匝数的减少为绕制时反饼的收紧创造了条件。因此，采用组合导线、端部进线结构的产品，线圈紧实度有明显的提高。

规，使各线圈高度方向绝缘占比大致相同前面已经提到，线圈烘燥、浸油后绝缘物会发生收缩，如果各个线圈的高度方向绝缘尺寸比率差距较大，则线圈烘燥、浸油后净收缩量将有明显差别；调整高度方向绝缘物占比，实际上就可以控制经工艺处理后各线圈的“虚高”大致接近。

努力减少线圈“虚高”总量不浸漆工艺采用后对轴向稳定处理的影响是显而易见的，定量的数据在各个制造厂都可以得到。要减少不浸漆后线圈收缩量过大的问题，就必须严格按工艺要求对线圈的饼间垫块进行密化处理，并对组套前线圈进行二次烘燥、调整和稳定。在纸板的密化工序中，采用瑞士魏德曼公司推荐的100公斤/平方厘米滚压工艺，纸板经滚压后厚度方向尺寸约收缩9.线圈的组套前烘压是一个更繁杂的工作，其目的是确保纸板、匝绝缘材料烘燥收缩到位，调整各线圈高度方向一致。

从线圈本身的结构特点分析，认为线饼间上下“S”弯换位处是一个薄弱环节，在线圈长期的运行振动中，这种“S”弯过渡处的绝缘极可能破损，从而引起绝缘事故。在系统短路、线圈轴、辐向受力时，该处受力更为明显。

对这一局部的加强方式是：在设计时要确保“S”弯导线为平拉换位，避免上下高差形成的剪刀口加剧对线匝的绝缘损坏；制作时在“S”弯傥线饼处加垫0.5毫米保护纸板1张，加强“S”弯过渡处线匝绝缘。在“S”弯上加包耐热等级为F级的丹尼松纸半叠2层，由于丹尼松皱纸的耐温等级远大于普通A级绝缘材料，因而可确保“S”弯匝绝缘不会发生受热老化后在机械冲击下断裂。

6、注意短路大电流引起的《磁对并统线绝缘的影响在短路的大电流作用下，除线圈轴、辐向、线匝间可能产生机械损伤处，大电流导致的强磁场也可能导致并绕导线间漏磁压差的增大。对组合导线绕制的110千伏线圈，这个漏磁压差值可能高达1000伏左右。虽然这种高电压的存在仅维持几个周波的时间，但对于组合导线中两个并绕单元线间并不太厚的绝缘来讲，还是一种比较严厉的考核。为减少这种漏磁压差的影响，对组合导线绕制的110千伏线圈可采用三次换位的方案，这种换位方式可以使换位导线并绕单元线间的漏磁压差降为普通单次换位的1/3，漏磁压差有效值在400伏以内，确保了线圈短路时内部并绕单元之间的绝缘安全。

引线的夹持是一个可能被忽略的问铨，但系统中因为引线夹持强度不足而导致的事故损坏并不少见。在大容量配电变压器的短路试验中，引线夹持力的不足导致的变压器试验失败甚至占50以上。大容量配电变压器上的一些经验可以反过来用在丨丨千伏变压器上。经验表明，典型的三相引线夹持系统中通流铜排间的受力和裕度系数取用是完全可行的，但问题是制造厂能否保证具体的夹持结构和材料的可靠。在早期产品中，制造单位多采用机械性能较差、并且分散性也较大的色木做导线夹持构件，问题很多。为保证引线夹持构架的牢固、可靠，已全部采用电工层压木或电工层压纸板代替色木。另外，紧固件的选用上亦存在同样的问题。目前很多企业选用的是高强度尼龙蜾栓，双并帽结构。

在短路电流的电动力作用下，变压器内部将产生和电源频率对应的（2FN）交变应力和震动。变压器结构设计时除要对一些主结构件强度仔细校核外，也应对一些可能产生问题的细节进行考虑。统计表明：变压器长期运行后或受短路冲击后铁芯下轭片的坠落是一个需要引起重视的问题。传统的阶梯木垫块对下轭片的支撑是间隔的，并不是逐档支撑，原因是如果阶梯级很多，木垫块的加工精度就要极难保证，因此支撑铁芯就存在坠落的可能。此铁芯坠落缺陷虽不致引起线圈烧毁，变压器跳闸等恶性事故，但完全可能引起铁芯的多点接地，运行噪声异常等缺陷。为解决这一问题，对下轭铁芯的支撑件采用环氧腻子填充结构可以确保铁轭各档可靠支撑，彻底解决了器身振动时下轭芯片坠落的隐患。

截止2003年年底，从国家电力公司和中国电力科学院的综合统计看，全力采用以上技术，并依靠强有力的工艺来保证以上措施实现的企业，其生产的产品出现因抗短路能力不足而损坏的愈来愈少，有些控制得力的甚至无因此原因而出现的损坏。