金文龙1 陈建华1 李光范2 王梦云2 薛辰东2
1.国家电力公司安全运行与发输电部，北京，100031 2.国家电力公司电力科学研究院，北京清河，100085
1 前言
通过历年对全国电力变压器运行情况和事故的统计分析，发现因外部短路故障引起的设备损坏事故逐年增多。截止1996年底，全国110kV及以上等级电力变压器因外部短路故障造成损坏的事故达到事故总数的50%。扼制此类事故的上升势头，已成为提高电力变压器安全运行水平的关键。
本文统计的因短路事故造成损坏的变压器共有145台。包括：各网省电力公司报送的1990～1996年全国110kV及以上等级事故变压器中因外部短路损坏的变压器124台；由19个网省(市)电力公司于1998年8～10月报送的110kV及以上等级的短路损坏变压器21台(实际上报数为62台，但其中41台变压器在1990～1996年报送样本中已出现过)。
按各网省电力公司历年上报的数据，全国110kV及以上等级变压器在1990～1996年期间，共发生事故409台次，事故总容量为32306MVA；其中因短路损坏的变压器共124台次，容量
8432.6MVA。
1990～1996年间变压器短路损坏事故台次和容量见图1、图2。图3为1990～1996年间变压器短路损坏事故占总事故的百分比。
图1 1990～1996年间每年变压器短路损坏台次
Fig.1 Transformer damaged by short-circuit
between 1990 and 1996 (by sets)
图2 1990～1996年间每年变压器短路损坏容量
Fig.2 Transformer damaged by short-circuit
between 1990 and 1996 (by capacities)
图3 1990～1996年间变压器短路损坏
事故占统计事故的百分比
Fig.3 Transformer damaged by short-circuit
between 1990 and 1996 (by percents)
自1990年以来，110kV及以上等级变压器的短路损坏事故明显增多。从最初每年两三台到1995、1996年的29台。到1996年，全国110kV及以上电压等级变压器的短路损坏事故台次已经占统计总事故台次的50%。因外部短路引起变压器损坏的事故已成为电力变压器事故的首要原因。
2 短路损坏变压器统计
2.1 短路损坏变压器的电压等级分布
图4为1990～1996年间各电压等级变压器的短路损坏台次。由图4可见，110kV等级变压器的短路
图4 每年不同电压等级变压器的短路损坏事故台次
Fig.4 Transformer of different rating voltages
damaged by short-circuit (by sets)
损坏事故最多，220kV变压器则有逐年上升的趋势。
图5为1990～1996年间110kV和220kV电压等级短路损坏变压器占各电压等级总事故台次百分比的变化情况。由图5看出，这两个电压等级的变压器短路损坏事故所占百分比近几年急剧上升。1996年110kV变压器的短路损坏事故占该电压等级总事故的45.2%，220kV变压器占该电压等级总事故的56.0%。
图5 110kV和220kV变压器短路损坏事故
占统计事故百分比的历年变化
Fig.5 Transformer damaged by short-
circuit in different years
2.2 短路损坏变压器运行年限
1990～1996年间，短路损坏变压器按运行年限分布，如图6所示。由图6可以看出一个极其反常的现象。一般来说，随着运行年限的增加，变压器绝缘材料老化、机械强度降低从而影响其抗短路能力。但是，在所统计的短路损坏变压器中，新投运变压器的
图6 不同运行年限变压器的短路损坏
事故占统计事故的百分比
Fig.6 Transformer damaged by short-
circuit for different service years
短路损坏事故远高于运行时间较长的变压器! 即事故变压器中投运一年以内发生事故的占21%、5年以内发生事故的占55%、11年以内的占77%，其原因值得深思!
变压器的抗短路强度设计十分重要，不合适的材料以及粗糙的制造工艺，是变压器抗短路能力不够的重要因素。设计和制造经验均不足的某些110kV变压器制造厂另当别论。但一些较有经验的制造厂出现此类问题，则更可能是制造工艺及对产品质量的重视程度问题。另外，有些运行单位也存在运行经验不足的问题。上述因素的综合体现就是大部分短路损坏变压器不是运行寿命问题而是中途夭折!
2.3 短路损坏变压器的事故起因
短路损坏变压器的事故起因统计结果列于表1。
因三相短路引起的变压器损坏事故居多，占事故总数的39.6%。当然，一些三相短路事故最初也可能是由单相短路或两相短路引起的。
在所统计的短路事故变压器中，有9台是在正常运行中损坏的。这些设备以前均受过外部短路的冲击，绕组机械强度下降，带病运行；在外部未短路的情况下设备发生故障损坏。
另外，在表1所列的事故中，有8台变压器的外部短路是人为造成或运行人员误操作引起的，占统计短路损坏事故的7.9%。有7台变压器的事故是由雷击或污闪诱发的，占6.9%。
表1 短路损坏变压器的事故起因统计表
Tab.1 The reasons of transformer damages
短路事故
单相
二相
三相
正常运行
总计
损坏变压器台次
23
29
40
9
101
占统计总数百分比/%
22.8
28.7
39.6
8.9
100.0
2.4 短路侧电压等级
表2列出了短路损坏事故变压器的短路侧电压等级。
10kV侧短路引起的事故最多，占事故总数的64.7%。9台正常运行时发生事故的变压器中，有8台曾经在10kV侧发生过短路，另1台经历过两次35kV侧短路冲击。
表2 短路损坏变压器按短路侧电压等级统计表
Tab.2 Classify damaged transformers by
voltages from short-circuit side
短路侧电压等级/kV
正常运行
6
10
35
66
110
220
总计
短路损坏台次
9
6
77
14
2
8
3
119
占统计总数/%
7.6
5.0
64.7
11.8
1.7
6.7
2.5
100.0
2.5 累计外部短路次数
表3为有累计短路次数记录的44台短路损坏变压器的统计结果。从表中看出，经一两次短路冲击便造成变压器损坏的居多，占统计总数的70.5%。这说明大部分短路损坏变压器是根本经不起外部短路故障电流冲击的。也就是说，这些变压器的抗短路能力不足是先天的，往往在一两次近区短路冲击中便遭到致命损坏。
表3 短路损坏变压器按累计外部短路次数统计表
Tab.3 Classify damaged transformers
by short-circuit frequency
累计外部短路次数
1～2
3～5
>6
总计
损坏变压器台次
30
6
7
44
占统计总数比例/%
70.5
13.6
15.9
100.0
2.6 变压器短路持续时间和短路电流倍数
表4为有短路持续时间记录的49台短路损坏变压器的统计结果。从表4看出，当出现短路故障时，51%的变压器在0.25s之内便动作跳闸，70%的变压器短路持续时间小于2s。短路持续时间超过10s的占20%左右。
在变压器短路持续时间小于0.25s的25台变压器中，对列有短路电流的13台变压器作了分析计算。其中，有12台的短路电流为额定电流的4～8倍，仅有1台为12.5倍，全部小于允许的短路电流倍数。
短路持续时间在0.25～2s的10台变压器，其短路电流仅为额定电流的3～9倍，全部小于变压器的允许短路电流倍数。
在5台保护失灵或开关拒动的事故变压器中，有4台的短路电流为额定电流的6～8倍，1台短路持续时间为10min的变压器短路电流为额定电流的2.5倍。
表4 短路损坏变压器按短路持续时间统计表
Tab.4 Classify damaged transformers
by short-circuit duration
短路持续时间/s
<0. 25
0. 26～0. 50
0. 51～2.00
2. 10～3.00
>10
总计
损坏变压器台次
25
3
7
4
10
49
占统计总数比例/%
51.0
6.1
14.3
8.2
20.4
100.0
2.7 变压器损坏程度
表5是短路损坏变压器按照设备损坏程度统计结果。表5中的轻度损坏是指设备的绕组有变形，引线被烧断，但绝缘未损坏；中度损坏是指绕组明显变形，绕组或引线被烧断，绝缘受到一定程度损坏；重度损坏是指绕组严重变形、压板被冲断、绕组烧断、绝缘被击穿或烧坏，严重的则爆炸起火，变压器被烧
表5 短路损坏变压器按设备损坏程度统计表
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