110kV主變壓器因外部短路引起的事故原因分析及防止對(duì)策
近年來，我國110kV及以上的主變壓器因外部短路引起的損壞事故明顯地增長，而且大多數(shù)故障的變壓器損壞嚴(yán)重，有的還擴(kuò)大成系統(tǒng)事故，后果極為嚴(yán)重。這是一項(xiàng)急待解決的重大安全問題，有必要通過對(duì)事故的統(tǒng)計(jì)分析，查找事故發(fā)生及增長的原因，并研究切實(shí)可行的對(duì)策來加以抑制。
1 因外部短路引起主變壓器損壞事故的狀況
1.11990～1996年，全國110kV及以上電壓等級(jí)的主變壓器因外部短路損壞的為124臺(tái)次，是同期全部主變壓器事故409臺(tái)次的30.3。從時(shí)間分布來看：
1990～1991年所占的比例為10以下，1992～1995年平均以每年10左右的速率增長，到1996年已達(dá)到50，其中110k電壓等級(jí)的占45.2，220kV電壓等級(jí)的占56。在外部短路損壞的主變壓器中，短路點(diǎn)發(fā)生在變壓器低壓側(cè)的占80以上。
1.2某省會(huì)所在地的供電分公司，現(xiàn)運(yùn)行的110～220kV電壓等級(jí)的主變壓器共50臺(tái)。1998～1999年兩年內(nèi)，發(fā)生110～220kV電壓等級(jí)的主變壓器損壞7臺(tái)次，其中6臺(tái)次是因變壓器低壓側(cè)外部短路引起的損壞，占總事故臺(tái)數(shù)的85.7，有關(guān)情況見表1。
說明：1.除第5、6項(xiàng)外全部是低壓側(cè)外部短路引起，占85.7。
2.變壓器額定容量與低壓母線短路容量比除第2項(xiàng)為11.475外，其余皆在4.88～9.77。
3.重瓦斯跳閘在7次中占4次為57。
2 原因分析
2.1近些年來，由于電力企業(yè)重視和加強(qiáng)了主設(shè)備的絕緣監(jiān)督工作，尤其是油中微量氣體色譜檢測(cè)技術(shù)的普及和提高、帶電測(cè)試和在線檢測(cè)的開展，使絕緣受潮、局部過熱、鐵芯多點(diǎn)接地、分接開關(guān)不良等漸變性故障，在缺陷階段就得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，大大降低了主變壓器這些類型故障的發(fā)生率。而外部短路所引起的主變損壞事故，許多是突發(fā)性的，雖然也有一部分主變是由于故障電流沖擊積累效應(yīng)損壞的，但由于缺乏預(yù)先診斷手段和低壓側(cè)保護(hù)不夠完善等原因，使因外部短路沖擊損壞的事故比率上升。
2.2隨著系統(tǒng)的發(fā)展、變壓器容量的增大、線路和設(shè)備數(shù)量的增多，使短路故障次數(shù)和短路電流隨之增加，主變壓器承受短路沖擊的環(huán)境更加嚴(yán)峻，在其它條件相同的情況下，使主變損壞概率也相應(yīng)增加。
2.3從全國統(tǒng)計(jì)資料中得知，新投運(yùn)變壓器在外部短路引起損壞的故障中占很大比率。在1990～1996年，投運(yùn)1年以內(nèi)的占21，5年以內(nèi)的占55。而某供電分公司投運(yùn)5年以內(nèi)損壞的變壓器竟占100。這說明近年來變壓器制造廠在改進(jìn)動(dòng)、熱穩(wěn)定技術(shù)方面進(jìn)展不大，同時(shí)因變壓器制造廠大量增加，魚龍混雜，在質(zhì)量控制方面還存在不少問題。
2.4一些運(yùn)行單位在認(rèn)識(shí)上存在“變壓器制造質(zhì)量上的問題，只能由制造廠來解決”的等待思想，妨礙了設(shè)法采取綜合性措施。
3 防止對(duì)策
3.1作為用戶要有強(qiáng)烈的自我保護(hù)意識(shí)，嚴(yán)格選用質(zhì)量良好的變壓器產(chǎn)品。
3.1.1在工程訂貨招標(biāo)中，應(yīng)將變壓器質(zhì)量作為首要條件。在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較時(shí)應(yīng)考慮到運(yùn)行中可能因沖擊損壞引起的事故損失、返修費(fèi)用等較大的運(yùn)行成本。
3.1.2訂貨合同中，應(yīng)詳細(xì)明確質(zhì)量要求、索賠的規(guī)定。在運(yùn)行中一旦發(fā)生質(zhì)量事故(如：因動(dòng)穩(wěn)定不夠，在短路沖擊中損壞)，應(yīng)按合同索賠。
3.1.3大型變壓器在制造過程中，運(yùn)行單位應(yīng)派專業(yè)人員實(shí)施監(jiān)督及階段性質(zhì)量檢查，并特別注重以下幾個(gè)方面：
(1)應(yīng)使用合適的導(dǎo)線，尤其應(yīng)適當(dāng)控制換位導(dǎo)線的寬厚比，采用自粘性導(dǎo)線和硬度較高的導(dǎo)線，以提高繞組自身強(qiáng)度。
(2)應(yīng)嚴(yán)格控制各側(cè)繞組高度的一致性，并最終達(dá)到設(shè)計(jì)和工藝要求的高度；應(yīng)使繞組有均衡和足夠的軸向壓緊力。壓緊結(jié)構(gòu)應(yīng)保證有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。
(3)引線的固定支點(diǎn)材料和結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，引線焊接質(zhì)量應(yīng)良好。
(4)內(nèi)繞組與鐵芯柱之間支撐應(yīng)有足夠強(qiáng)度，防止繞組徑向失穩(wěn)變形。
(5)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行制造工藝，如保護(hù)內(nèi)外撐條和上下墊塊嚴(yán)格對(duì)齊而不發(fā)生錯(cuò)位等。
3.2防止近區(qū)三相短路，降低低壓側(cè)外部故障發(fā)生率
3.2.1選用可靠性高的成套配電裝置。國標(biāo)對(duì)10～35kV開關(guān)柜的選用未作規(guī)定，且這一電壓等級(jí)的成套開關(guān)柜種類很多，生產(chǎn)廠家更多，在選用時(shí)應(yīng)慎重，重要的大型變電站可考慮采用SF6全封閉組合配電柜。
3.2.2加強(qiáng)配電裝置的改造和維護(hù)。更新故障率較高的舊配電裝置，加強(qiáng)維護(hù)、防止過熱、進(jìn)行定期檢測(cè)、堅(jiān)持對(duì)真空開關(guān)滅弧室的耐壓測(cè)試。
3.2.3改進(jìn)接線及運(yùn)行方式。如：對(duì)于220/110/10kV的地區(qū)變電站，10kV只作為補(bǔ)償用，避免有配電線引出；母線上加防諧振過電壓裝置；在運(yùn)行方式上對(duì)兩臺(tái)及以上主變壓器的變電站，可創(chuàng)造條件使中壓側(cè)解列運(yùn)行，以降低短路電流和改善繼電保護(hù)靈敏度。
3.2.4加強(qiáng)線路出口段的故障防護(hù)。首先要防止出線電纜故障，電纜敷設(shè)時(shí)要防止損傷，電纜頭應(yīng)嚴(yán)格注重質(zhì)量，電纜溝要有良好的運(yùn)行環(huán)境，電纜路徑上應(yīng)有保護(hù)措施。架空線主要是防止近區(qū)短路，表2列出母線短路電流與架空線1km處的短路電流的關(guān)系，從表2中可看出：當(dāng)母線短路電流在20～31.5kA時(shí)，架空出線1km處的短路電流大約為母線短路電流的1/2，而繞組承受的電動(dòng)力與沖擊電流的平方有關(guān)，因此在架空線首端首先實(shí)現(xiàn)絕緣化很有必要，如采用絕緣導(dǎo)線、大爬距設(shè)備等。
3.3改善變壓器的繼電保護(hù)
3.3.1提高瓦斯保護(hù)及差動(dòng)保護(hù)的投運(yùn)率。盡量加大差動(dòng)保護(hù)范圍(如低壓側(cè)的CT安裝應(yīng)盡量靠近母線側(cè))，以使變壓器本體之外、差動(dòng)保護(hù)范圍之內(nèi)的短路快速切除。
3.3.2加強(qiáng)變壓器低壓側(cè)的后備保護(hù)。在低壓側(cè)增加“相間電流限時(shí)速斷保護(hù)”，必要時(shí)可加裝母線保護(hù)，進(jìn)一步提高保護(hù)的快速性。
3.3.3改善高壓側(cè)對(duì)低壓側(cè)故障的后備保護(hù)。用高、低壓側(cè)或三側(cè)電壓閉鎖并聯(lián)方式，提高高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)對(duì)低壓側(cè)故障的電壓靈敏度；以中、低壓側(cè)解列運(yùn)行或裝設(shè)一套I高-I低的過電流。
隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代化電網(wǎng)也隨之不斷完善和壯大，電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)使老式電網(wǎng)系統(tǒng)圖的電力調(diào)度模擬屏上所要求的遙測(cè)、遙信量不斷增加，使得電力調(diào)度模擬屏越來越顯得擁擠不堪，更是無法實(shí)現(xiàn)全屏對(duì)位。因此，為適應(yīng)現(xiàn)代化大電網(wǎng)狀態(tài)調(diào)度的要求，對(duì)老式電網(wǎng)系統(tǒng)圖的調(diào)度模擬屏進(jìn)行改造已勢(shì)在必行。
信息整理：揚(yáng)州拓普電氣科技有限公司 信息來源：m.ef2822.com
1 因外部短路引起主變壓器損壞事故的狀況
1.11990～1996年，全國110kV及以上電壓等級(jí)的主變壓器因外部短路損壞的為124臺(tái)次，是同期全部主變壓器事故409臺(tái)次的30.3。從時(shí)間分布來看：
1990～1991年所占的比例為10以下，1992～1995年平均以每年10左右的速率增長，到1996年已達(dá)到50，其中110k電壓等級(jí)的占45.2，220kV電壓等級(jí)的占56。在外部短路損壞的主變壓器中，短路點(diǎn)發(fā)生在變壓器低壓側(cè)的占80以上。
1.2某省會(huì)所在地的供電分公司，現(xiàn)運(yùn)行的110～220kV電壓等級(jí)的主變壓器共50臺(tái)。1998～1999年兩年內(nèi)，發(fā)生110～220kV電壓等級(jí)的主變壓器損壞7臺(tái)次，其中6臺(tái)次是因變壓器低壓側(cè)外部短路引起的損壞，占總事故臺(tái)數(shù)的85.7，有關(guān)情況見表1。
說明：1.除第5、6項(xiàng)外全部是低壓側(cè)外部短路引起，占85.7。
2.變壓器額定容量與低壓母線短路容量比除第2項(xiàng)為11.475外，其余皆在4.88～9.77。
3.重瓦斯跳閘在7次中占4次為57。
2 原因分析
2.1近些年來，由于電力企業(yè)重視和加強(qiáng)了主設(shè)備的絕緣監(jiān)督工作，尤其是油中微量氣體色譜檢測(cè)技術(shù)的普及和提高、帶電測(cè)試和在線檢測(cè)的開展，使絕緣受潮、局部過熱、鐵芯多點(diǎn)接地、分接開關(guān)不良等漸變性故障，在缺陷階段就得到及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，大大降低了主變壓器這些類型故障的發(fā)生率。而外部短路所引起的主變損壞事故，許多是突發(fā)性的，雖然也有一部分主變是由于故障電流沖擊積累效應(yīng)損壞的，但由于缺乏預(yù)先診斷手段和低壓側(cè)保護(hù)不夠完善等原因，使因外部短路沖擊損壞的事故比率上升。
2.2隨著系統(tǒng)的發(fā)展、變壓器容量的增大、線路和設(shè)備數(shù)量的增多，使短路故障次數(shù)和短路電流隨之增加，主變壓器承受短路沖擊的環(huán)境更加嚴(yán)峻，在其它條件相同的情況下，使主變損壞概率也相應(yīng)增加。
2.3從全國統(tǒng)計(jì)資料中得知，新投運(yùn)變壓器在外部短路引起損壞的故障中占很大比率。在1990～1996年，投運(yùn)1年以內(nèi)的占21，5年以內(nèi)的占55。而某供電分公司投運(yùn)5年以內(nèi)損壞的變壓器竟占100。這說明近年來變壓器制造廠在改進(jìn)動(dòng)、熱穩(wěn)定技術(shù)方面進(jìn)展不大，同時(shí)因變壓器制造廠大量增加，魚龍混雜，在質(zhì)量控制方面還存在不少問題。
2.4一些運(yùn)行單位在認(rèn)識(shí)上存在“變壓器制造質(zhì)量上的問題，只能由制造廠來解決”的等待思想，妨礙了設(shè)法采取綜合性措施。
3 防止對(duì)策
3.1作為用戶要有強(qiáng)烈的自我保護(hù)意識(shí)，嚴(yán)格選用質(zhì)量良好的變壓器產(chǎn)品。
3.1.1在工程訂貨招標(biāo)中，應(yīng)將變壓器質(zhì)量作為首要條件。在進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較時(shí)應(yīng)考慮到運(yùn)行中可能因沖擊損壞引起的事故損失、返修費(fèi)用等較大的運(yùn)行成本。
3.1.2訂貨合同中，應(yīng)詳細(xì)明確質(zhì)量要求、索賠的規(guī)定。在運(yùn)行中一旦發(fā)生質(zhì)量事故(如：因動(dòng)穩(wěn)定不夠，在短路沖擊中損壞)，應(yīng)按合同索賠。
3.1.3大型變壓器在制造過程中，運(yùn)行單位應(yīng)派專業(yè)人員實(shí)施監(jiān)督及階段性質(zhì)量檢查，并特別注重以下幾個(gè)方面：
(1)應(yīng)使用合適的導(dǎo)線，尤其應(yīng)適當(dāng)控制換位導(dǎo)線的寬厚比，采用自粘性導(dǎo)線和硬度較高的導(dǎo)線，以提高繞組自身強(qiáng)度。
(2)應(yīng)嚴(yán)格控制各側(cè)繞組高度的一致性，并最終達(dá)到設(shè)計(jì)和工藝要求的高度；應(yīng)使繞組有均衡和足夠的軸向壓緊力。壓緊結(jié)構(gòu)應(yīng)保證有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。
(3)引線的固定支點(diǎn)材料和結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠的強(qiáng)度，引線焊接質(zhì)量應(yīng)良好。
(4)內(nèi)繞組與鐵芯柱之間支撐應(yīng)有足夠強(qiáng)度，防止繞組徑向失穩(wěn)變形。
(5)應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行制造工藝，如保護(hù)內(nèi)外撐條和上下墊塊嚴(yán)格對(duì)齊而不發(fā)生錯(cuò)位等。
3.2防止近區(qū)三相短路，降低低壓側(cè)外部故障發(fā)生率
3.2.1選用可靠性高的成套配電裝置。國標(biāo)對(duì)10～35kV開關(guān)柜的選用未作規(guī)定，且這一電壓等級(jí)的成套開關(guān)柜種類很多，生產(chǎn)廠家更多，在選用時(shí)應(yīng)慎重，重要的大型變電站可考慮采用SF6全封閉組合配電柜。
3.2.2加強(qiáng)配電裝置的改造和維護(hù)。更新故障率較高的舊配電裝置，加強(qiáng)維護(hù)、防止過熱、進(jìn)行定期檢測(cè)、堅(jiān)持對(duì)真空開關(guān)滅弧室的耐壓測(cè)試。
3.2.3改進(jìn)接線及運(yùn)行方式。如：對(duì)于220/110/10kV的地區(qū)變電站，10kV只作為補(bǔ)償用，避免有配電線引出；母線上加防諧振過電壓裝置；在運(yùn)行方式上對(duì)兩臺(tái)及以上主變壓器的變電站，可創(chuàng)造條件使中壓側(cè)解列運(yùn)行，以降低短路電流和改善繼電保護(hù)靈敏度。
3.2.4加強(qiáng)線路出口段的故障防護(hù)。首先要防止出線電纜故障，電纜敷設(shè)時(shí)要防止損傷，電纜頭應(yīng)嚴(yán)格注重質(zhì)量，電纜溝要有良好的運(yùn)行環(huán)境，電纜路徑上應(yīng)有保護(hù)措施。架空線主要是防止近區(qū)短路，表2列出母線短路電流與架空線1km處的短路電流的關(guān)系，從表2中可看出：當(dāng)母線短路電流在20～31.5kA時(shí)，架空出線1km處的短路電流大約為母線短路電流的1/2，而繞組承受的電動(dòng)力與沖擊電流的平方有關(guān)，因此在架空線首端首先實(shí)現(xiàn)絕緣化很有必要，如采用絕緣導(dǎo)線、大爬距設(shè)備等。
3.3改善變壓器的繼電保護(hù)
3.3.1提高瓦斯保護(hù)及差動(dòng)保護(hù)的投運(yùn)率。盡量加大差動(dòng)保護(hù)范圍(如低壓側(cè)的CT安裝應(yīng)盡量靠近母線側(cè))，以使變壓器本體之外、差動(dòng)保護(hù)范圍之內(nèi)的短路快速切除。
3.3.2加強(qiáng)變壓器低壓側(cè)的后備保護(hù)。在低壓側(cè)增加“相間電流限時(shí)速斷保護(hù)”，必要時(shí)可加裝母線保護(hù)，進(jìn)一步提高保護(hù)的快速性。
3.3.3改善高壓側(cè)對(duì)低壓側(cè)故障的后備保護(hù)。用高、低壓側(cè)或三側(cè)電壓閉鎖并聯(lián)方式，提高高壓側(cè)復(fù)合電壓閉鎖過流保護(hù)對(duì)低壓側(cè)故障的電壓靈敏度；以中、低壓側(cè)解列運(yùn)行或裝設(shè)一套I高-I低的過電流。
隨著國民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，現(xiàn)代化電網(wǎng)也隨之不斷完善和壯大，電力調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)使老式電網(wǎng)系統(tǒng)圖的電力調(diào)度模擬屏上所要求的遙測(cè)、遙信量不斷增加，使得電力調(diào)度模擬屏越來越顯得擁擠不堪，更是無法實(shí)現(xiàn)全屏對(duì)位。因此，為適應(yīng)現(xiàn)代化大電網(wǎng)狀態(tài)調(diào)度的要求，對(duì)老式電網(wǎng)系統(tǒng)圖的調(diào)度模擬屏進(jìn)行改造已勢(shì)在必行。
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