关于电力变压器短路故障的探讨

一、出口短路对电力变压器的影响

电力变压器的短路故障主要是指变压器的出口短路、变压器内部引线或绕组间对地短路，以及变压器相与相之间发生的短路而导致的故障。根据统计，出口短路故障对电力变压器正常运行产生的影响最频繁，也最为严重，甚至有的地区有一半以上的变压器事故是由短路故障电流冲击直接引起的，并且这种情况在多地区有增长的趋势。变压器出口短路故障将会给人们带来十分严重的损失，尤其是变压器低压出口短路所引起的故障或者事故，通常需要对绕组进行部分或者全部更换。

短路电流引起绝缘过热故障，主要是因为电力变压器在突然发生短路时，可能会导致额定值数十倍的短路电流同时集中通过高、低压绕组，使其瞬间产生极大的热量，导致电力变压器严重发热。一旦过载的短路电流超过电力变压器的承受能力，使其热稳定性变差，严重损伤变压器的绝缘材料，从而引起次年工程变压器击穿或者损毁的事故。电力变压器的出口短路主要有三相短路、两相短路、两相接地短路以及单相接地短路等几种主要的形式，其中，单相接地短路的故障率最高，占全部短路故障的一半以上，两相短路故障次之，另外两种短路故障发生的几率较小，但是三相短路所产生的瞬间短路电流值最高，因此在进行电力变压器设计时要充分考虑三相短路电流这一因素。

短路电动力引起绕组变形故障，主要是由于电力变压器在受到短路冲击时产生了过大的短路电流，这种情况甚至会造成变压器的继电保护延时动作拒动，使绕组产生较为严重的变形或者损坏。如果短路电流比较小，那么继电保护能够正确进行保护动作，因此而产生的绕组变形也非常轻微，对这类轻微的变形要及时进行检修。如果忽视轻微的绕组变形，不及时对垫块的位置进行恢复，对绕组的压钉及铁轭拉板、拉杆进行紧固，加强引线的夹紧力，则在经受多次短路冲击之后，电力变压器将会因绕组变形的积累而损坏。绕组突然短路时，载流导线在漏磁作用下受到强烈的电动力作用，我们将这种电动力分解为纵轴和横轴两个分量进行研究。纵轴磁场使绕组产生辐向力，而横轴磁场使绕组受到轴向力，因此电力变压器的绕组发生出口短路时，需要承受很大的轴向和辐向电动力。轴向电动力会向中间压缩绕组，它是一种机械应力，大大影响绕组匝间的绝缘特性，损伤绕组的匝间的绝缘性，并且轴向力使整个绕组受到张力，在导线中产生拉伸应力。绕组的轴向力主要有两部分：一部分是由于绕组端部漏磁弯曲部分的辐向分量与载流导体相互作用而产生的，以压力的形式作用于内、外绕组；另一部分则是由于绕组内外安匝不平衡所产生的辐向漏磁与载流导体相互作用生成的，这种力主要使内绕组受挤压，外绕组受到拉力，并且安匝不平衡越大，所产生的轴向力也越大。辐向电动力则主要向外扩张整个绕组，使其失去稳定性，造成相间绝缘损坏。如果这种电动力过大，则将会导致绕组扭曲变形或者导线断裂等更为严重的后果。

二、短路故障引起的变压器绕组变形特征分析

经过对出现故障或事故的变压器进行分析，我们发现变压器绕组的变形已经成为直接引发其他故障和事故的主要原因之一。在电力变压器运行过程中，其绕组出现严重变形且继续运行，将会造成停电故障，甚至导致整个变压器的烧毁。分析其主要原因，绕组的绕制工艺粗糙、机械结构强度不足等设计制造原因导致其承受电流冲击的能力和抵抗外部机械干扰力的能力较差，因此变压器绕组在受到内部电动力和外部机械力的影响后很容易变形，尤其是变压器出口短路形成的短路冲击电流及电动力将使绕组瞬间扭曲变形，甚至损毁。

电动力是造成绕组变形的主要原因。绕组结构中，高压绕组处于外层，轴向拉伸应力和辐向扩张应力会使绕组端部压钉松动，导致拉板和各种紧固件弯曲变形，绕组松弛；处于内柱或中间部位的中低压绕组经常受到轴向和辐向压缩力的影响，从而使绕组端部紧固压钉松动、垫块位移、撑条倾斜、线饼扭曲或者出现较大面积的内凹及上翘现象；绕组分接区及纠接区的安匝不平衡，容易产生横向漏磁场，短路时线饼容易在电动力的作用下变形或损坏。

机械力也是影响绕组变形的一大因素，强大的机械外力会造成变压器绕组的整体位移变形。

三、电力变压器短路故障补救措施及技术改进

基于上述，为防止短路故障造成的绕组变形的等问题，降低变压器短路事故率，学界对电力变压器短路故障补救措施进行了探讨，同时也提出了一定的技术改进措施。

要降低电力变压器短路事故的发生，首先要做好变压器的选型，选用符合短路试验要求的变压器，合理确定变压器的容量及短路阻抗；其次就是要优化变压器的运行条件，主要是提高电力线路的绝缘水平，降低近区的故障影响和危害；第三就是要优化变压器的运行方式，要根据短路电流的精确核算来确定其运行方式，同时采取一定的保护措施来限制短路电流的危害；第四要提高运行管理水平，避免误操作造成短路，加强变压器点检和维修。

从技术上，要运用先进技术进行改进，包括绕组结构、器身结构、铁心结构等多个方面。