王凯

摘要：近年来，低压载荷不断提高，同时出口负荷的复杂性逐渐增加，导致因变压器低压侧出口短路引起的变压器损坏故障，已经成为影响电力系统可靠运行的重要因素。在低压侧故障中，不同的电压级别会造成不同程度的损坏，且不同等级电压变压器中运用的低压技术要求和运行环境也并不相同。电力变压器是电网的重要组成部分，同时也是重要主设备，如果发生故障将对系统运行安全带来较严重的影响。基于此，本次研究以电力变压器低压侧短路特点为研究对象，集中分析电力变压器低压侧短路特点以及可靠性，以期为改善电力变压器低压侧短路的问题提供相应的参考。

关键词：电力变压器;低压侧短路;特点分析

在传统的研究以及理论下，对三绕组电力变压器低压侧载流在基于负荷情况下，进行性能评估以及安全性评估，其中基本原则满足正常运行或者短时过载下的温升条件[1]。电力变压器是电网的重要组成部分，同时也是重要主设备，如果发生故障将对系统的运行安全带来影响。基于此，本次研究以电力变压器低压侧短路特点为研究对象，集中分析电力变压器低压侧短路特点以及可靠性的提升，为改善电力变压器低压侧短路的问题提供相应的参考。具体分析如下：

1 低压短路故障特点分析

短路故障一般分为平衡绕组短路和低压短路。平衡绕组短路电流为零序电流，同时不存在出口三相短路工况，与本文所讨论的低压出口短路存在本质差异，不属于本文分析研究范围。低压带有负荷，三相引出，同时存在出口短路的可能性，需要重点关注[2]。高压侧与中压侧联合供电，低压侧短路工况对低压绕组的电流冲击最为严重，在较早期的分析研究中，仅研究了高压供电低压短路的故障情况。

时代不断发展，低压侧短路逐渐受到科研人员的重视，且进行了具有针对性的研究，经过不断深入分析与探讨，得出低压侧短路具有以下四种情况：一、由于低压角接的原因，导致出口单相接地短路电流较小，这种工况不构成对变压器的破坏损伤，可以忽略;二、在两相相间、两相接地和三相对称短路工况下，对低压故障相的冲击基本相似，均是最大冲击电流以及低压短路容易出现严重的冲击状态;三、低压出线相间绝缘距离相对较小，其中异物、开关柜故障都可能导致绝缘击穿，从而引起低压侧短路故障，发生几率相对较高，且容易发展成为三相对称短路的情况;四、低压侧保护动作时间相对于高压侧和中压侧保护动作时间相对较长。

2 变压器短路冲击作用特点

变压器短路冲击作用特点主要为：半容量承受较大冲击、动热效应综合作用明显以及内绕组结构特点与受力。变压器低压侧短路对变压器冲击较严苛，主要针对性从变压器的作用特点进行加强，同时对防短路冲击措施进行分析与研究。半容量承受的冲击相对较大，变压器冲击电流倍数较其他运行方式增加了一倍以上[3]。且动热效应综合作用明显，同时在持续的大电流冲击作用下，短路故障后热效应与机械效应综合作用更具有明显性，冲击损坏面会发生扩大的情况，且可能迅速发展成内部的匝间或饼间短路，从而导致损坏变压器。由于动热效应的综合作用，短路损坏现象将出现明显特征，具体特征因长时间短路产生热能作用在绕组上，此过程根据标准按绝热考虑，同时根据相关的实验研究结论，自粘漆在120°C以上粘合程度会迅速下降，进而会导致导线整体强度与刚度降低。导线绝缘纸局部热老化与机械累积作用会形成局部破损，将发展为绕组内部的匝间或者饼间短路，具体表现为故障后低压的绝缘碳化，局部导线会发生变形以及熔断的现象。

3 优化方案与提升策略

根据以上的综合情况分析，三绕组变压器低压短路运行工况恶劣、短路电流大以及单次冲击时间较长等外部不利因素，结构上存在阻抗偏小、额定容量低于全容量以及绕组压紧系统控制难等缺点，将会呈现出短路工况下幅向及轴向机械力大、动热效应综合作用、累积破坏性强等特点[4]。电网安全的运行中低压侧短路起到重大作用，近年来，研究人员对低压侧短路问题逐渐加强重视具体通过以下方案增强安全性：（1）低压出线“绝缘化”处理，具体进行变压器低压出线附加绝缘，降低低压近区短路的概率，同时减少短路对变压器的冲击次数;（2）变压器采用高阻抗变压器，以此可以达到减小冲击电流幅值的目标，其中实现形式包括串抗结构、高压内置结构和分裂绕组结构。（3）可以加强继电保护的保护措施，以此降低动作的延时情况，减少机械累积与短路热效应之间相互影响。（4）导线方面整体采用高屈服强度高耐温等级的自粘性换位导线，从整体“骨架”上进行提升抗低压短路冲击的能力。（5）可以从结构上加强低压绕组抗短路能力，做到有效支撑和轴向压紧的合理性。

在上述分析的基础上还可以开展更为宏观与全局治理与优化，具体可以从以下几个方面进行：（1）对于低压额定容量可以根据运行方式进行选择比例，使比例的选择更具有合理性，期间如果出现低压侧存在出口处短路的概率，考虑额定容量时就不能仅考虑负荷限制这一方面，如果是普通抗阻的情况，应提升至全容量[5]。如果是1/3容量或者是更低容量的变压器，仅适合高阻抗变压器或者平衡绕组的结构;（2）通过改变高阻抗变压器高于低阻抗变压器造价的传统观念，成本是影响性能的重要因素，普通阻抗变压器在考虑抗短路能力时没有任何优势，在同等条件下，同时满足短路可靠性的前提下，成本可能高于高阻抗变压器;（3）可以推广使用高温自粘性换位导線和耐热绝缘材料，可以使导线以及绝缘材料在短路热效应的作用下仍然能保持较好的机械性能，从而减少热效应对动稳定能力的影响。（4）产生短路故障的原因较多，应对可能产生短路累积效应的因素进行必要的时间和数据进行记录。低压侧短路冲击相比其他冲击更容易达到较严重的程度，冲击累积作用相较明显，在出现短路故障后，对故障应进行合理的评估，然后在进行投运。

结语

本次研究分析了电力变压器低压侧短路特点，减少冲击次数、采用高阻变压器、加强继电保护措施、采用高屈服强度高耐温等级自粘性换位导线，丰富了关于电力变压器低压侧短路特点的研究成果，并为其他变压器改善电力变压器低压侧短路的问题提供了参考，关于这一问题还可以通过具体试验的数据分析进行研究，以此提升电力变压器抗低压侧短路的次数。

参考文献

[1]李德海，刘生，尚方，等.防止短路电流对电力变压器造成损坏的措施分析[J].黑龙江电力，2019，041（005）：377-381，402.

[2]杨立斌.主变压器低压侧10kV相间短路故障分析及短路电流抑制[J].氯碱工业，2020，v.56;No.486（02）：11-13.

[3]孟建英，郭红兵，荀华.110kV电力变压器绕组辐向变形状况与短路电抗关系分析与应用[J].变压器，2020，57;597（06）：14-18.

[4]赵海涛、闫荣超、徐大勇.船用变压器匝间短路理论研究与实验分析[J].中国新通信，2020，22（20）：229-230.

[5]陈玉国，陈相如，张继兰，等.大型电力变压器的引线故障与预防分析[J].电工电气，2020，266（02）：72-74.

[6]黄新波，李文君子，宋桐，王岩妹.基于DGA技术和SAMME的变压器故障诊断[J].高压电器，2016，02：13-18.

[7]刘凯，彭维捷，杨学君.特征优化和模糊理论在变压器故障诊断中的应用[J].电力系统保护与控制，2016，15：54-60.