110kV主變壓器因外部短路引起的事故原因分析及防止對策
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，而且大多數故障的變壓器損壞嚴重，有的還擴大成系統事故，后果極為嚴重。這是一項急待解決的重大安全問題，有必要通過對事故的統計分析，查找事故發生及增長的原因，并研究切實可行的對策來加以抑制。
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及以上電壓等級的主變壓器因外部短路損壞的為124臺次，是同期全部主變壓器事故409臺次的30.3。從時間分布來看：
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年已達到50，其中110k電壓等級的占45.2，220kV電壓等級的占56。在外部短路損壞的主變壓器中，短路點發生在變壓器低壓側的占80以上。
1.2某省會所在地的供電分公司，現運行的110～220kV電壓等級的主變壓器共50臺。1998～1999年兩年內，發生110～220kV電壓等級的主變壓器損壞7臺次，其中6臺次是因變壓器低壓側外部短路引起的損壞，占總事故臺數的85.7，有關情況見表1。
說明：1.除第5、6項外全部是低壓側外部短路引起，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，由于電力企業重視和加強了主設備的絕緣監督工作，尤其是油中微量氣體色譜檢測技術的普及和提高、帶電測試和在線檢測的開展，使絕緣受潮、局部過熱、鐵芯多點接地、分接開關不良等漸變性故障，在缺陷階段就得到及時發現和處理，大大降低了主變壓器這些類型故障的發生率。而外部短路所引起的主變損壞事故，許多是突發性的，雖然也有一部分主變是由于故障電流沖擊積累效應損壞的，但由于缺乏預先診斷手段和低壓側保護不夠完善等原因，使因外部短路沖擊損壞的事故比率上升。
2.2隨著系統的發展、變壓器容量的增大、線路和設備數量的增多，使短路故障次數和短路電流隨之增加，主變壓器承受短路沖擊的環境更加嚴峻，在其它條件相同的情況下，使主變損壞概率也相應增加。
2.3從全國統計資料中得知，新投運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1年以內的占21，5年以內的占55。而某供電分公司投運5年以內損壞的變壓器竟占100。這說明近年來變壓器制造廠在改進動、熱穩定技術方面進展不大，同時因變壓器制造廠大量增加，魚龍混雜，在質量控制方面還存在不少問題。
2.4一些運行單位在認識上存在“變壓器制造質量上的問題，只能由制造廠來解決”的等待思想，妨礙了設法采取綜合性措施。
3 防止對策
3.1作為用戶要有強烈的自我保護意識，嚴格選用質量良好的變壓器產品。
3.1.1在工程訂貨招標中，應將變壓器質量作為首要條件。在進行經濟比較時應考慮到運行中可能因沖擊損壞引起的事故損失、返修費用等較大的運行成本。
3.1.2訂貨合同中，應詳細明確質量要求、索賠的規定。在運行中一旦發生質量事故(如：因動穩定不夠，在短路沖擊中損壞)，應按合同索賠。
3.1.3大型變壓器在制造過程中，運行單位應派專業人員實施監督及階段性質量檢查，并特別注重以下幾個方面：
(1)應使用合適的導線，尤其應適當控制換位導線的寬厚比，采用自粘性導線和硬度較高的導線，以提高繞組自身強度。
(2)應嚴格控制各側繞組高度的一致性，并最終達到設計和工藝要求的高度；應使繞組有均衡和足夠的軸向壓緊力。壓緊結構應保證有足夠的機械強度。
(3)引線的固定支點材料和結構應有足夠的強度，引線焊接質量應良好。
(4)內繞組與鐵芯柱之間支撐應有足夠強度，防止繞組徑向失穩變形。
(5)應嚴格執行制造工藝，如保護內外撐條和上下墊塊嚴格對齊而不發生錯位等。
3.2防止近區三相短路，降低低壓側外部故障發生率
3.2.1選用可靠性高的成套配電裝置。國標對10～35kV開關柜的選用未作規定，且這一電壓等級的成套開關柜種類很多，生產廠家更多，在選用時應慎重，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加強配電裝置的改造和維護。更新故障率較高的舊配電裝置，加強維護、防止過熱、進行定期檢測、堅持對真空開關滅弧室的耐壓測試。
3.2.3改進接線及運行方式。如：對于220/110/10kV的地區變電站，10kV只作為補償用，避免有配電線引出；母線上加防諧振過電壓裝置；在運行方式上對兩臺及以上主變壓器的變電站，可創造條件使中壓側解列運行，以降低短路電流和改善繼電保護靈敏度。
3.2.4加強線路出口段的故障防護。首先要防止出線電纜故障，電纜敷設時要防止損傷，電纜頭應嚴格注重質量，電纜溝要有良好的運行環境，電纜路徑上應有保護措施。架空線主要是防止近區短路，表2列出母線短路電流與架空線1km處的短路電流的關系，從表2中可看出：當母線短路電流在20～31.5kA時，架空出線1km處的短路電流大約為母線短路電流的1/2，而繞組承受的電動力與沖擊電流的平方有關，因此在架空線首端首先實現絕緣化很有必要，如采用絕緣導線、大爬距設備等。
3.3改善變壓器的繼電保護
3.3.1提高瓦斯保護及差動保護的投運率。盡量加大差動保護范圍(如低壓側的CT安裝應盡量靠近母線側)，以使變壓器本體之外、差動保護范圍之內的短路快速切除。
3.3.2加強變壓器低壓側的后備保護。在低壓側增加“相間電流限時速斷保護”，必要時可加裝母線保護，進一步提高保護的快速性。
3.3.3改善高壓側對低壓側故障的后備保護。用高、低壓側或三側電壓閉鎖并聯方式，提高高壓側復合電壓閉鎖過流保護對低壓側故障的電壓靈敏度；以中、低壓側解列運行或裝設一套I高-I低的過電流。
隨著國民經濟的飛速發展，現代化電網也隨之不斷完善和壯大，電力調度自動化系統使老式電網系統圖的電力調度模擬屏上所要求的遙測、遙信量不斷增加，使得電力調度模擬屏越來越顯得擁擠不堪，更是無法實現全屏對位。因此，為適應現代化大電網狀態調度的要求，對老式電網系統圖的調度模擬屏進行改造已勢在必行。
信息整理：揚州拓普電氣科技有限公司 信息來源：www.uvdg.com.cn
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及以上電壓等級的主變壓器因外部短路損壞的為124臺次，是同期全部主變壓器事故409臺次的30.3。從時間分布來看：
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年已達到50，其中110k電壓等級的占45.2，220kV電壓等級的占56。在外部短路損壞的主變壓器中，短路點發生在變壓器低壓側的占80以上。
1.2某省會所在地的供電分公司，現運行的110～220kV電壓等級的主變壓器共50臺。1998～1999年兩年內，發生110～220kV電壓等級的主變壓器損壞7臺次，其中6臺次是因變壓器低壓側外部短路引起的損壞，占總事故臺數的85.7，有關情況見表1。
說明：1.除第5、6項外全部是低壓側外部短路引起，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，由于電力企業重視和加強了主設備的絕緣監督工作，尤其是油中微量氣體色譜檢測技術的普及和提高、帶電測試和在線檢測的開展，使絕緣受潮、局部過熱、鐵芯多點接地、分接開關不良等漸變性故障，在缺陷階段就得到及時發現和處理，大大降低了主變壓器這些類型故障的發生率。而外部短路所引起的主變損壞事故，許多是突發性的，雖然也有一部分主變是由于故障電流沖擊積累效應損壞的，但由于缺乏預先診斷手段和低壓側保護不夠完善等原因，使因外部短路沖擊損壞的事故比率上升。
2.2隨著系統的發展、變壓器容量的增大、線路和設備數量的增多，使短路故障次數和短路電流隨之增加，主變壓器承受短路沖擊的環境更加嚴峻，在其它條件相同的情況下，使主變損壞概率也相應增加。
2.3從全國統計資料中得知，新投運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1年以內的占21，5年以內的占55。而某供電分公司投運5年以內損壞的變壓器竟占100。這說明近年來變壓器制造廠在改進動、熱穩定技術方面進展不大，同時因變壓器制造廠大量增加，魚龍混雜，在質量控制方面還存在不少問題。
2.4一些運行單位在認識上存在“變壓器制造質量上的問題，只能由制造廠來解決”的等待思想，妨礙了設法采取綜合性措施。
3 防止對策
3.1作為用戶要有強烈的自我保護意識，嚴格選用質量良好的變壓器產品。
3.1.1在工程訂貨招標中，應將變壓器質量作為首要條件。在進行經濟比較時應考慮到運行中可能因沖擊損壞引起的事故損失、返修費用等較大的運行成本。
3.1.2訂貨合同中，應詳細明確質量要求、索賠的規定。在運行中一旦發生質量事故(如：因動穩定不夠，在短路沖擊中損壞)，應按合同索賠。
3.1.3大型變壓器在制造過程中，運行單位應派專業人員實施監督及階段性質量檢查，并特別注重以下幾個方面：
(1)應使用合適的導線，尤其應適當控制換位導線的寬厚比，采用自粘性導線和硬度較高的導線，以提高繞組自身強度。
(2)應嚴格控制各側繞組高度的一致性，并最終達到設計和工藝要求的高度；應使繞組有均衡和足夠的軸向壓緊力。壓緊結構應保證有足夠的機械強度。
(3)引線的固定支點材料和結構應有足夠的強度，引線焊接質量應良好。
(4)內繞組與鐵芯柱之間支撐應有足夠強度，防止繞組徑向失穩變形。
(5)應嚴格執行制造工藝，如保護內外撐條和上下墊塊嚴格對齊而不發生錯位等。
3.2防止近區三相短路，降低低壓側外部故障發生率
3.2.1選用可靠性高的成套配電裝置。國標對10～35kV開關柜的選用未作規定，且這一電壓等級的成套開關柜種類很多，生產廠家更多，在選用時應慎重，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加強配電裝置的改造和維護。更新故障率較高的舊配電裝置，加強維護、防止過熱、進行定期檢測、堅持對真空開關滅弧室的耐壓測試。
3.2.3改進接線及運行方式。如：對于220/110/10kV的地區變電站，10kV只作為補償用，避免有配電線引出；母線上加防諧振過電壓裝置；在運行方式上對兩臺及以上主變壓器的變電站，可創造條件使中壓側解列運行，以降低短路電流和改善繼電保護靈敏度。
3.2.4加強線路出口段的故障防護。首先要防止出線電纜故障，電纜敷設時要防止損傷，電纜頭應嚴格注重質量，電纜溝要有良好的運行環境，電纜路徑上應有保護措施。架空線主要是防止近區短路，表2列出母線短路電流與架空線1km處的短路電流的關系，從表2中可看出：當母線短路電流在20～31.5kA時，架空出線1km處的短路電流大約為母線短路電流的1/2，而繞組承受的電動力與沖擊電流的平方有關，因此在架空線首端首先實現絕緣化很有必要，如采用絕緣導線、大爬距設備等。
3.3改善變壓器的繼電保護
3.3.1提高瓦斯保護及差動保護的投運率。盡量加大差動保護范圍(如低壓側的CT安裝應盡量靠近母線側)，以使變壓器本體之外、差動保護范圍之內的短路快速切除。
3.3.2加強變壓器低壓側的后備保護。在低壓側增加“相間電流限時速斷保護”，必要時可加裝母線保護，進一步提高保護的快速性。
3.3.3改善高壓側對低壓側故障的后備保護。用高、低壓側或三側電壓閉鎖并聯方式，提高高壓側復合電壓閉鎖過流保護對低壓側故障的電壓靈敏度；以中、低壓側解列運行或裝設一套I高-I低的過電流。
隨著國民經濟的飛速發展，現代化電網也隨之不斷完善和壯大，電力調度自動化系統使老式電網系統圖的電力調度模擬屏上所要求的遙測、遙信量不斷增加，使得電力調度模擬屏越來越顯得擁擠不堪，更是無法實現全屏對位。因此，為適應現代化大電網狀態調度的要求，對老式電網系統圖的調度模擬屏進行改造已勢在必行。
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