【摘 要】 近区短路对变压器造成的危害巨大，经受了近区短路的变压器，故障发生率高，本文从变压器近区短路造成的后果、原因分析、检修策略、及防范措施进行了详细的介绍，以利于开展好变压器承受近区短路后的检修工作。
【关键词】 变压器；短路；原因分析；检修策略
电力变压器是电力系统的核心设备之一，其稳定、可靠运行对电力系统安全起到非常重要的作用。然而，由于设计制造技术、工艺以及运行维护水平的限制，变压器的故障还是时有发生，尤其是近年来逐步引起人们重视的变压器近区或出口短路故障，大大影响了电力系统的安全稳定运行。统计资料表明，2004～2010年，全国110kV及以上电压等级的主变压器因外部短路损坏的为124台次，是同期全部主变压器事故409台次的30.3%。2004～2005年所占的比例为10%以下，2006～2009年平均以每年10%左右的速率增长，到2010年已达到50%，其中110kV电压等级的占45.2%，220kV电压等级的占56%。从近七年的统计来看，这种比例已经达到70%以上。面对如此高的事故发生率，我们一直以来都在研究故障发生的原因及后果，也对变压器厂家在设计、制造等方面对变压器抗短路能力提出更高的要求。但如何对发生近区短路的变压器进行检修，却一直没有一个比较全面、可行、有效的方法，变压器检修导则也没有牵涉到这方面内容。本文主要是通过对变压器在承受近区短路事故的原因分析、造成的后果、试验检查方法的探讨，来确定变压器近区短路后应进行的检修工艺和要求，并对如何防止和减少变压器的短路事故提出了一些建议。目的是改善变压器在电网运行中的健康水平，保证电网的稳定运行。
一、变压器近区短路造成的后果
变压器在经受出口或近区短路后，根据短路故障点的距离，故障时间，短路方式（分为单相接地短路，两相短路，三相短路），会造成不同程度的后果。按轻重程度可分为：绕组轻度变形，绕组中度变形，绕组严重变形，引线绝缘及支架损坏，线圈绝缘损坏使匝间、饼间短路，线圈失稳坍塌等。这些故障均会严重影响变压器的安全运行。
二、变压器外部短路事故的原因分析
1.短路电流引起绝缘过热故障
变压器突发短路时，其高、中、低压绕组可能同时通过为额定值数十倍的短路电流，它将产生很大的热量，使变压器严重发热。当变压器承受短路电流的能力不够，热稳定性差，会使变压器绝缘材料严重过热受损，而形成变压器绝缘击穿及损毁事故。
2.短路电动力引起绕组变形故障
变压器受短路冲击时，如果短路电流小，继电保护正确动作，绕组变形将是轻微的；如果短路电流大，继电保护延时动作甚至拒动，变形将会很严重，甚至造成绕组损坏。
由于绕组中漏磁通的存在，载流导线在漏磁作用下受到电动力的作用，特别是在绕组突然短路时，电动力最严重。漏磁通常可分解为纵轴分量和横轴分量。纵轴磁场使绕组产生辐向力，而横轴磁场使绕组受轴向力。轴向力使整个绕组受到张力P1，在导线中产生拉伸应力。而内绕组受到压缩力P2，导线受到挤压应力。轴向力的产生分为两部分，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作用而产生。它使内、外绕组都受压力，由于绕组端部磁场B’最大，因而压力也最大，但中部几乎为零，绕组的另一端力的方向改变。轴向力的另一部分是由于内外安匝不平衡所产生的辐向漏磁与载流导体作用而产生，该力使内绕组受压，外绕组受拉；这也是我们在对承受近区短路后的变压器进行检查时，发现绕组端部变形严重，而绕组中部基本无变形的原因。
三、变压器短路事故后的试验
为了判断变压器经受短路故障后对变压器产生的影响，应对变压器及时进行试验检查，试验项目应包括：
1.绝缘电阻试验
在短路电流作用下，变压器绕组受电动力的影响，会发生程度不同的变形，绕组绝缘试验可以判定这种变形是否损坏到绝缘，当绝缘电阻换算到同一温度与前次试验结果有明显差别时，结合其它试验结果分析，考虑安排吊罩检查。
2.绕组直流电阻测量
当近区短路冲击，造成变压器匝间饼间短路时，可能对绕组直流电阻产生影响，同时大电流会对分接开关、套管引线接头，将军帽与线圈引出线之间等薄弱环节造成接触不良，如不及时检查处理，可能造成这些薄弱环节接触不良、发热，造成事故。
3.油色谱分析和气相色谱
由于出口近区短路的冲击，主变内部绕组发生匝间短路放电和引线接头或分接开关接触不良而燃弧产生高能放电。这些过热故障促使油或固体纸绝缘材料发生裂解产生H2，CO，CO2和低分子碳水化合物（C2H2，C2H4）等，这些都是气体，它们通常都是溶解在油中，若对油中溶解气体的组份和含量，结合气体继电器的气体色谱分析结果来综合判断进行分析，就可能发现变压器近区短路后故障严重程度，从而提出相应的反事故措施。如能否继续运行，继续运行期的技术安全措施和监视手段，又或者是否需要内部检查修理等。
4.绕组变形测试
上面已讲到近区短路后，绕组受到巨大电动力作用产生位移变形，绕组变形或位移后，即使没有立即损坏，也会留下严重故障隐患。一是绝缘距离发生改变，固体绝缘受到损伤、击穿，导致突发性绝缘故障，甚至在正常运行电压下，因为局部放电而使绝缘击穿。二是绕组机械强度下降，其积累效应使绕组再一次遭受近区短路电流冲击时，将承受不住巨大电动力作用而发生损坏事故。
四、变压器短路事故后的检修策略
变压器近区短路发生后，经试验检查，需要进行吊罩、或进人检查的变压器，应根据试验结果制订详细的检修策略。已恢复变压器的电气和机械性能，保证变压器的安全可靠运行。
检修项目：
1.检查绝缘老化情况
短路电流使绕组短时过热，按GBl094的规定，最高允许250℃，检修时检查绕组绝缘是否变色，发脆，损坏情况。如发现绝缘发黑，易脆，无弹性，绝缘损坏，应考虑更换线圈。
2.检查电气连接
重点检查绕组分接开关、套管引线接头，将军帽与线圈引出线之间的连接是否可靠，紧密。有无过热痕迹。
3.检查绕组变形情况
应重点检查短路侧绕组的端部变形情况，检查换位导线在换位处的变形情况，对于低压侧有限流电抗器的变压器，变形故障大都发生在限流电抗器上，对限流电抗器绕组端部、引线绝缘、夹件应重点检查。如湖南云田变电站一台500kv主变在经过低压侧近区短路后，内部产生乙炔，限流电抗器出现端部严重变形，8颗夹件螺丝烧熔，引线在短路时强大的电动力的作用下发生弹性变形与夹件间发生放电。往往短路故障发生在低压侧，低压侧绕组都在线圈内层，不易直观观察，有条件的单位可以通过内窥镜观察。
4.引线支撑绝缘情况检查
由于短路产生强大的电动力，会使引线绝缘支架受到很大的冲击力，造成绝缘支架的损坏。如：某变电站一台220kv主变在低压侧发生短路故障后，重瓦斯动作出口跳三侧，低压侧绝缘电阻下降明显。经吊罩检查发现，10kv侧低压引线排绝缘支架两处发生断裂，低压引线排对上夹件有放电痕迹，绕组无明显可见变形。更换绝缘支架并加固处理后，重新投运至今，运行良好。
5.重新紧固压板
变压器出厂前，二次吊罩后都要对压板进行重新紧固，刚出厂时的紧固情况是非常良好的，但经过运输，运行，振动和短路冲击，线圈的会出现松动，如不对压板进行紧固，在变压器再次受到短路冲击的时，将承受不住巨大电动力而发生损坏事故。
6.其它检查
对变压器吊罩后还应进行其它常规检查，如：检查变压器内部是否有碳粒、金属颗粒，如存在碳粒、金属颗粒，应找出这些颗粒的来源，并彻底处理，否则该变压器不能运行。检查垫块的移位情况，如有移位应恢复原来位置并固定。
五、如何防止和减少变压器的短路事故
1.努力改善变压器的运行条件
加强线路出口段的故障防护，对变压器低压母线排加装绝缘护套、增大绝缘爬距、加强电缆沟封堵，严防小动物进入开关室等措施，可以有效减少变压器发生近区短路的概率。
对抗外部短路强度较差的变压器或者受过出口短路冲击发生变形的变压器，可以考虑近区架空线或电缆线路取消使用自动重合闸，或延长重合闸时间以减少因重合闸不成而带来的损害。
2.设备选型
变压器的结构设计和制造工艺仍是变压器故障的主要因素，因此在选型时应选用能顺利通过短路试验的变压器并合理确定变压器的容量，合理选择变压器的短路阻抗。
3.出厂监造
大型变压器在制造过程中，维护、运行单位应派专业人员实施监督及阶段性质量检查，并特别注重以下几个方面：
3.1应使用合适的导线，尽量使用自粘性导线和硬度较高的导线，以提高绕组自身强度。
3.2应严格控制各侧绕组高度的一致性，达到设计和工艺要求。
3.3引线的固定材料和结构应有足够的强度。
3.4内外撑条和上下垫块应严格对齐，以保证压紧结构有足够的机械强度。
六、结束语
鉴于变压器检修的复杂化，多元化，单靠变压器的检修规程已经远远满足不了现场工作的需要，为保证变压器这一主设备在电网中的安全运行，需要各级人员不断总结和学习，提高检修维护的水平。
作者简介：
1、张磊，女，1978年出生，山东昌邑人，电气工程师，现供职于东营供电公司变电检修室
2、王钦，女，山东临沂人，1978年1月，高级工程师，现供职于国网山东省电力公司经济技术研究院监理公司
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