一起500kV事故变压器短路强度计算与分析_张春红

１ 引言
电力变压器是电力系统的关键设备之一， 其运 行质量的好坏直接影响到电力系统的安全稳定运 行。 一台大型电力变压器在系统运行时如发生短路 损坏，则会导致大面积的停电，其检修期也要半年以 上，将会造成巨大的损失。同时损坏的变压器绕组在 现场修复是很困难的， 变压器的修理不仅受场地的 起吊条件的限制， 而且对气候环境和季节要求也十 分严格，现场较难满足检修工艺的要求的条件，一般 在现场修复完好几乎是不可能的。所以，许多变压器 短路故障后不得不返厂进行修复或更新改造。
通过对该变压器绝缘试验， 发现铁心及夹件绝 缘电阻为 0， 说明铁心和夹件对地绝缘已被击穿或 导通。
通过直流电阻测试显示， 高压、 中压和低压 B 相 绕 组 直 流 电 阻 较 2011 年 测 试 值 变 化 率 分 别 为 54.7%、18.3%和 21.0%， 各绕组相间误差也达到了 67.9%、16.2%和 21.6%，其误差大大超过了 2%的警 示值，说明该变压器 B 相绕组可能有烧损或断股现 象。
（1.TBEA Hengyang Transformer Co., Ltd., Hengyang 421007, China; 2.Hunan University, Changsha 410082, China）
Abstract：The short-circuit fault in the external near zone of a 500kV transformer is analysed and checked. The short -circuit current and short -circuit strength are calculated. The short-circuit fault and the withstand short-circuit ability of the transformer are analysed. Key words：Transformer； Short-circuit current； Short-circuit strength； Analysis
资料显示，该变压器为单相三绕组 500kV 自耦 变压器，已有十年的运行经历。 根据历史运行记录， 该变压器自 2006 年以来，在运行期间经受了多次大 小不一的短路电流冲击。按照电网规程要求，对该变
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压器进行了定期预防性试验，如绕组直流电阻测试、 绕组变形试验和油色谱检测等， 在此故障之前其各 项指标均符合要求，运行状况良好，无异常现象。 事 故变压器主要技术参数如表 1 所示， 其中 HV 表示 高压绕组，MV 表示中压绕组，LV 表示低压绕组，RV 表示调压绕组。
本 文 中 笔 者 通 过 一 起 500kV 电 力 变 压 器 外 部 单相短路事故，对变压器进行仔细检查及试验分析， 并对事故变压器的短路电流进行了详细计算和分 析， 然后对该台变压器绕组进行了充分的短路强度 计算，包括动、热稳定在内的短路校核，以此校核了 该产品的抗短路能力。
２ 故障案例
2.1 故障基本情况 2012 年某日，某 500kV 变电站 220kV 侧发生 B
（1）三相对称短路电流计算。 根据 GB1094.5-2008， 计算三相对称短路电流
第３期
张春红、周腊吾、李中祥等：一起 ５００ｋＶ 事故变压器短路强度计算与分析
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时 ，高 压 系 统 短 路 容 量 取 60 000MVA，中 压 系 统 短 路容量取 18 000MVA，等值电路如图 4 所示。
第 ５３ 卷 第 ３ 期 ２０１６ 年 ３ 月
TRANSFORMER
一起 500kV 事故变压器短路强度 计算与分析
Vol.53 No.3 March 2016
张春红 1，2，周腊吾 2，李中祥 1，宁澔如 1，周成兵 1，聂
（1.特变电工衡阳变压器有限公司，湖南 衡阳 421007； 2.湖南大学电气与信息工程学院，湖南 长沙 410082）
表 1 事故变压器主要技术参数
项目 型号 额 定 电 压 /kV 额 定 容 量 /kVA 联接组别 额 定 电 来自 /A短 路 阻 抗 /%
投运时间
技术参数 ODFPS-250000/500
525/230/35 250 000/250 000/60 000
YNa0d11 824.8/1 882.6/1 714
运行工况
HV-MV MV-LV HV-LV HV-MV-LV
短路点 短路阻抗/%
MV
14.47
LV
33.7
LV
53.12
MV
-
绕 组 短 路 电 流 /kA HV MV LV 5.25 7.18 - 4.96 17.14 1.52 1.52 13.65 5.23 9.77 9.94
（2）单相对地短路电流计算。 实际短路工况下的短路电流计算中， 考虑实际 工况下的工作环境，根据用户提供数据，高压实际系 统 短 路 电 流 为 46.3kA， 中 压 实 际 系 统 短 路 电 流 为 16.57kA。 根据该变压器的短路阻抗值，先计算出该 变压器的等值阻抗， 考虑系统阻抗， 运用对称分量 法，采用非对称短路电流计算程序，对该变压器中压 C 相（实际为 B 相，不影响计算结果）单相短路电流 进行理论计算，计算结果如图 5 所示。
名称 安全系数
K1
2.00 2.57 4.99 8.50 17.64
K2
2.00 2.86 5.56 9.46 19.63
LV
K3
184.3 103.4 137.3 103.5 137.2
K4
7.88 2.40 3.18 4.64 6.15
K1
116.4 2.19 5.00 4.31 4.18
K2
2.00 2.00 2.00 2.00 2.00
图 7 中压绕组漏磁分布
短路强度计算结果如表 4 所示， 只有各安全系 数都大于 1，才说明变压器绕组抗短路强度合格。 其 中，工况 1 为 HV-MV 运行 MV 三相短路工况；工况 2 为 MV-LV 运行 LV 三相短路工况；工况 3 为 HV-
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第 ５３ 卷
图 8 高压绕组漏磁分布
图 9 中压首端某线饼轴向位移动态变化曲线
（1）动稳定计算。 根据上述短路电流计算情况， 先对该变压器进 行模型建立， 再通过短路电流值计算出变压器轴向 和辐向漏磁分布， 最后计算在该漏磁场分布下轴向 和辐向短路力及安全系数。 变压器绕组计算模型如图 6 所示， 图 6 中横坐 标为变压器绕组辐向尺寸， 纵坐标为变压器绕组轴 向尺寸，绕组排列顺序为低压-调压-中压-高压（从 内至外即图示中的从左至右）。 以 HV-MV 运行工况为例， 短路时中压绕组及 高压绕组轴向和辐向漏磁分布如图 7 和图 8 所示， 轴 向 力 及 轴 向 位 移 动 态 变 化 曲 线 如 图 9~图 12 所 示。
K2 表示径向稳定性安全系数；K3 表示轴向稳定性
图 10 中压中部某线饼轴向力动态变化曲线
图 11 高压首端某线饼轴向位移动态变化曲线
LV 运行 LV 三相短路工况； 工况 4 为 HV-MV-LV 运行 MV 三相短路工况； 工况 5 为 HV-MV-LV 运
图 12 高压中部某线饼轴向力动态变化曲线
表 4 变压器绕组短路强度计算结果
绕组
工况
工况 1 工况 2 工况 3 工况 4 工况 5
K4
1.84 2.00 2.00 2.00 2.00
K1
1.41 2.00 19.10 1.39 1.66
K2
2.00 2.00 2.00 2.00 2.00
HV
K3
0.65 1.21 1.16 0.69 0.64
K4
9.95 18.85 17.75 10.50 10.04
行 MV 单相短路工况；K1 表示径向强度安全系数；
HV-MV:14.47 HV-LV:53.12 MV-LV:33.70
2002.6
2.3 试验分析 根据现场情况， 提取变压器油样和继电器中气
体，发现该主变 B 相中下部氢气、乙炔和总烃等组 分严重超标，B 相气体继电器中氢气、甲烷、一氧化 碳和总烃严重超标， 说明该变压器内部可能存在过 热性故障和放电性故障， 同时绕组内部固体绝缘可 能也受到一定损坏。
RV
K3
547.0 478.7 541.9 537.3 534.1
K4
16.41 13.69 15.49 15.36 15.27
K1
2.40 4.58 13.58 2.80 3.03
K2
1.84 2.00 2.00 2.14 2.31
MV
K3
45.79 102.97 102.91 42.86 79.89
为了掌握事故变压器绕组的变形情况， 对该主 变进行了绕组变形试验（频率响应法），试验结果表 明高压绕组的 B 相频率响应曲线有明显的不一致， 低压绕组的频率响应曲线有明显的三相不一致，结 合油色谱试验、绝缘试验和绕组直流电阻试验，可以 初步判断出该变压器绕组均是 B 相发生严重变形。 2.4 拆卸检查
强1
摘要：对一起 500kV 变压器外部近区短路事故进行了试验分析及检查，对事故变压器的短路电流和 短 路 强 度 进 行
了计算，对该变压器的短路故障和抗短路能力进行了分析。
关键词：变压器；短路电流；短路强度；分析
中图分类号：TM402
文献标识码：B
文章编号：1001－8425（2016）03－0001－05
扭曲，外观如图 2 所示；低压绕组及调压绕组变形也 比较严重，外观如图 3 所示。
图 2 中压绕组外观
图 3 低压绕组外观
３ 短路强度计算
为了查明变压器绕组损坏的根本原因， 充分掌 握该变压器的抗短路性能， 对事故变压器绕组的短 路强度进行了全面的计算和校核。 3.1 短路电流计算