一、短路電流故障
當(dāng)變壓器忽然發(fā)生短路時(shí)，高、低壓繞組可能一起通過為額定值數(shù)十倍的短路電流，使其產(chǎn)生很大的熱量，變壓器嚴(yán)重發(fā)熱。當(dāng)變壓器承受短路電流的能力不夠，熱穩(wěn)定性差時(shí)，就會(huì)使變壓器絕緣材料嚴(yán)重受損，而形成變壓器擊穿及損毀事故，如下圖。
變壓器的出口短路主要包括：三相短路、兩相短路、單相接地短路和兩相接地短路等幾種類型。據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，在中性點(diǎn)接地系統(tǒng)中，單相接地短路約占全部短路故障的65%，兩相短路約占10%～15%，兩相接地短路約占15%一20%，三相短路約占5%。其中以三相短路時(shí)的短路電流值ZUI大。
對(duì)220kV三繞組變壓器而言，高壓對(duì)中、低壓的短路阻抗一般10%～30%之間。中壓對(duì)低壓的短路阻抗一般在10%以下，因此變壓器發(fā)生短路故障時(shí)，強(qiáng)大的短路電流會(huì)導(dǎo)致變壓器絕緣材料受熱損壞。
二、短路電動(dòng)力引起繞組變形故障
變壓器受短路沖擊時(shí)，如果短路電流小，繼電保護(hù)正確動(dòng)作，繞組變形將是輕微的;如果短路電流大。繼電保護(hù)延時(shí)動(dòng)作甚至拒動(dòng)，變壓器繞組變形將會(huì)很嚴(yán)重。甚至造成繞組損壞。對(duì)于輕微的變形，如果不及時(shí)檢修，恢復(fù)墊塊位置，緊固繞組的壓釘及鐵軛的拉板、拉桿，加強(qiáng)引線的夾緊力，在多次短路沖擊后，由于累積效應(yīng)也會(huì)使變壓器損壞。因此診斷繞組變形程度、制訂合理的變壓器檢修周期是提高變壓器抗短路能力的一項(xiàng)重要措施。
由于繞組中漏磁的存在，載流導(dǎo)線在漏磁作用下受到電動(dòng)力的作用，特別是在繞組突然短路時(shí)，電動(dòng)力較嚴(yán)重。漏磁通?？煞纸鉃榭v軸分量和橫軸分量?？v軸磁場(chǎng)使繞組產(chǎn)生輻向力，而橫軸磁場(chǎng)使繞組受軸向力。軸向力使整個(gè)繞組受到張力P1，在導(dǎo)線中產(chǎn)生拉伸應(yīng)力。而內(nèi)繞組受到壓縮力P2，導(dǎo)線受到擠壓應(yīng)力。
軸向力的產(chǎn)生分為兩部分，一部分是由于繞組端部漏磁彎曲部分的輻向分量與載流導(dǎo)體作用而產(chǎn)生。它使內(nèi)外繞組都受壓力：由于繞組端部磁場(chǎng)zui大，因而壓力也zui大，但中部幾乎為零，繞組的另一端力的方向改變。軸向力的另一部分是由于內(nèi)外安匝不平衡所產(chǎn)生的輻向漏磁與載流導(dǎo)體作用而產(chǎn)生，該力使內(nèi)繞組受壓，外繞組受拉;安匝不平衡越大，該軸向力也越大。
因此，變壓器繞組在出口短路時(shí)，將承受很大的軸向和輻向電動(dòng)力。軸向電動(dòng)力使繞組向中間壓縮，這種由電動(dòng)力產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力，可能影響繞組匝間絕緣，對(duì)繞組的匝間絕緣造成損傷;而輻向電動(dòng)力使繞組向外擴(kuò)張，可能失去穩(wěn)定性，造成相間絕緣損壞。電動(dòng)力過大，嚴(yán)重時(shí)可能造成繞組扭曲變形或?qū)Ь€斷裂。
對(duì)于由變壓器出口短路電動(dòng)力造成的影響，判斷主變壓器繞組是否變形，過去只采取吊罩檢查的方法，目前采用繞組變形測(cè)試儀進(jìn)行分析判斷，通過對(duì)主變壓器的高、中、低壓三相的九個(gè)繞組分別施加10kHz至lkHz高頻脈沖，由計(jì)算機(jī)記錄脈沖波形曲線并儲(chǔ)存。通過打印，將波形繪制出圖，顯示正常波形與故障后波形變化的對(duì)比和分析，試驗(yàn)人員根據(jù)該儀器特有的頻率和波形，能比較科學(xué)地準(zhǔn)確判斷主變壓器繞組變形情況。
三、繞組變形的特點(diǎn)
通過檢查發(fā)生故障或事故的變壓器進(jìn)行事后分析，發(fā)現(xiàn)電力變壓器繞組變形是誘發(fā)多種故障和事故的直接原因。一旦變壓器繞組已嚴(yán)重變形而未被診斷出來仍繼續(xù)運(yùn)行，則極有可能導(dǎo)致事故的發(fā)生，輕者造成停電，重者將可能燒毀變壓器。致使繞組變形的原因，主要是繞組機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足、繞制工藝粗糙、承受正常容許的短路電流沖擊能力和外部機(jī)械沖擊能力差。因此變壓器繞組變形主要是受到內(nèi)部電動(dòng)力和外部機(jī)械力的影響，而電動(dòng)力的影響較為突出，如變壓器出口短路形成的短路沖擊電流及產(chǎn)生的電動(dòng)力將使繞組扭曲、變形甚至崩潰。
1. 受電動(dòng)力影響的變形
1.1 高壓繞組處于外層，受軸向拉伸應(yīng)力和輻向擴(kuò)張應(yīng)力，使繞組端部壓釘松動(dòng)、墊塊飛出，嚴(yán)重時(shí)，鐵軛夾件拉板、緊固鋼帶都會(huì)彎曲變形，繞組松弛后使其高度增加。
1.2 中、低壓繞組的位置處于內(nèi)柱或中間時(shí)，常受到軸向和輻向壓縮力的影響，使繞組端部緊固壓釘松動(dòng)，墊塊位移;匝間墊塊位移，撐條傾斜，線餅在輻向上呈多邊形扭曲。若變形較輕，如35kv線餅外圓無變形。而內(nèi)圓周有扭曲，在輻向上向內(nèi)突出，在繞組內(nèi)襯是軟紙筒時(shí)這種變形特別明顯。如果變壓器受短路沖擊時(shí)，繼電保護(hù)延時(shí)動(dòng)作超過2s，變形更加嚴(yán)重，線餅會(huì)有較大面積的內(nèi)凹、上翹現(xiàn)象。測(cè)量整個(gè)繞組時(shí)往往高度降低，如果變壓器繼續(xù)投運(yùn)變壓器箱體振動(dòng)將明顯增大。
1.3 繞組分接區(qū)、糾接區(qū)線餅變形。這是由于分接區(qū)和糾接區(qū)(一般在繞組首端)安匝不平衡，產(chǎn)生橫向漏磁場(chǎng)使短路時(shí)線餅受到的電動(dòng)力比正常區(qū)要大得多，所以易產(chǎn)生變形和損壞。特別是分接區(qū)線餅，受到有載分接開關(guān)造成的分接段短路故障時(shí)，繞組會(huì)變形成波浪狀，而影響絕緣和油道的通暢。
1.4 繞組引線位移扭曲。這是變壓器出口短路故障后常發(fā)生的情況，由于受電動(dòng)力的影響，破壞了繞組引線布置的絕緣距離。如引線離箱壁距離太近，會(huì)造成放電，引線間距離太近，因摩擦而使絕緣受損，會(huì)形成潛伏性故障，并可能發(fā)展成短路事故。
2. 受機(jī)械力影響的變形
變壓器繞組整體位移變形。這種變形主要是在運(yùn)輸途中，受到運(yùn)輸車輛的急剎車或運(yùn)輸船舶撞擊晃動(dòng)所致。據(jù)有關(guān)報(bào)道，變壓器器身受到大于3g(g為重力加速度)重力加速的沖擊，將可能使線圈整體在輻向上向一個(gè)方向明顯位移。
四、技術(shù)改進(jìn)和降低短路事故的措施
1. 技術(shù)改進(jìn)措施
1.1 電磁計(jì)算。在保證性能指標(biāo)、溫升限值的前提下，綜合考慮短路時(shí)的動(dòng)態(tài)過程。從保證繞組穩(wěn)定性出發(fā)，合理選擇撐條數(shù)、導(dǎo)線寬厚比及導(dǎo)線許用應(yīng)力的控制值，在進(jìn)行安匝平衡排列時(shí)根據(jù)額定分接和各級(jí)限分接情況整體優(yōu)化，盡量減小不平衡安匝?？紤]到作用在內(nèi)繞組上的軸向內(nèi)力約為外繞組的兩倍，因此盡可能使作用在內(nèi)繞組上的軸向外力方向與軸向力的方向相反。
1.2 繞組結(jié)構(gòu)方面。繞組是產(chǎn)生電動(dòng)力又直接承受電動(dòng)力的結(jié)構(gòu)部件，要保證繞組在短路時(shí)的穩(wěn)定性，就要針對(duì)其受力情況，使繞組在各個(gè)方向有牢固的支撐。具體做法如在內(nèi)繞組內(nèi)側(cè)設(shè)置硬絕緣筒，繞組外側(cè)設(shè)置外撐條，并保證外撐條可靠地壓在線段上。對(duì)單螺旋低壓繞組首末端均端平一匝以減少端部漏磁場(chǎng)畸變。對(duì)等效軸向電流大的低壓和調(diào)壓繞組，針對(duì)其相應(yīng)的電動(dòng)力，采取特殊措施固定繞組出頭，并在出頭位置和換位處采用適形的墊塊，以保證繞組穩(wěn)定性。
1.3 器身結(jié)構(gòu)方面。器身絕緣是電動(dòng)力傳遞的中介，要保證在電動(dòng)力作用下，各方向均有牢固的支撐和減小相關(guān)部件受力時(shí)的壓強(qiáng)。在設(shè)計(jì)時(shí)采用整體相套裝結(jié)構(gòu)，內(nèi)繞組硬絕緣簡(jiǎn)與鐵心柱間用撐板撐緊，以保證內(nèi)繞組上承受的壓應(yīng)力均勻傳遞到鐵心柱上：合理布置壓釘位置和選擇壓釘數(shù)量，并設(shè)計(jì)副壓板，以減小壓釘作用到絕緣壓板上的壓強(qiáng)和壓板的剪切應(yīng)力。
1.4 鐵心結(jié)構(gòu)方面。軸向電動(dòng)力zui終作用在鐵心框架結(jié)構(gòu)上。如果鐵心固定框架出現(xiàn)局部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)和變形，將導(dǎo)致繞組失穩(wěn)而變形損壞。因此，設(shè)計(jì)鐵心各部分結(jié)構(gòu)件時(shí)，強(qiáng)度要留有充分的裕度，各部件間盡量采用無間隙配合和互鎖結(jié)構(gòu)，使變壓器器身成為一個(gè)堅(jiān)固的整體。
1.5 工藝控制和工藝手段。對(duì)一些關(guān)鍵工序，如墊塊預(yù)處理、繞組繞制、繞組壓裝、相套裝、器身裝配時(shí)預(yù)壓力控制等方面，進(jìn)行嚴(yán)格的工藝控制，以保證設(shè)計(jì)要求。
2.減少短路事故的措施
2.1優(yōu)化選型要求。選型應(yīng)選用能順利通過短路試驗(yàn)的變壓器并合理確定變壓器的容量，合理選擇變壓器的短路阻抗。
2.2優(yōu)化運(yùn)行條件。要提高電力線路的絕緣水平，特別是提高變壓器出線一定距離的絕緣水平，同時(shí)提高線路安全走廊和安全距離要求的標(biāo)準(zhǔn)，降低近區(qū)故障影響和危害，包括重視電纜的安裝檢修質(zhì)量(因電纜頭爆炸大多相當(dāng)于母線短路);對(duì)重要變電站的中、低壓母線，考慮全封閉，以防小動(dòng)物侵害;提高對(duì)開關(guān)質(zhì)量的要求，防止發(fā)生拒分等。
2.3優(yōu)化運(yùn)行方式。確定運(yùn)行方式要核算短路電流，并限制短路電流的危害。如采取裝備用電源自投裝置后開環(huán)運(yùn)行，以減少短路時(shí)的電流和簡(jiǎn)化保護(hù)配置;對(duì)故障率高的非重要出線，可考慮退出重合閘保護(hù);提高速切保護(hù)性能，壓縮保護(hù)時(shí)間;220kV及以上電壓等級(jí)的變壓器盡量不直接帶10kV的地區(qū)電力負(fù)荷等。
2.4提高運(yùn)行管理水平。首先要防止誤操作而造成的短路沖擊;要加強(qiáng)變壓器的適時(shí)檢修和監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器的變形強(qiáng)度，保證變壓器的安全運(yùn)行。
油箱及儲(chǔ)油柜、安全氣道及調(diào)壓裝置等附件；
