淺談變壓器抗短路能力

孫艷輝

摘 要：隨著電網(wǎng)改革的推進，對于變壓器性能的要求越加嚴格，尤其是對變壓器的抗短路性能要求也在不斷提高，因此將變壓器抗短路能力列為的一項重要指標，本文通過變壓器運行中短路故障分析，真實事故照片的列舉，并結合實際工作經(jīng)驗，剖析導致此類事故的各方面因素，提出變壓器電磁計算、結構設計、工藝流程上應采取的相應措施，從而避免類次事情的發(fā)生，提高變壓器繞組承受短路事故的能力。

關鍵詞：變壓器 電動力 變形 實例

中圖分類號：TM41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（a）-0065-01

變壓器抗短路能力，關系到電力系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。目前，隨著電網(wǎng)容量增大，變壓器短路事故發(fā)生率已占主導地位，對電力系統(tǒng)構成了嚴重威脅。本文則通過筆者多年設計和實際經(jīng)驗對變壓器抗短路能力剖析，并提出解決措施。

1 由于變壓器本身的原因?qū)е露搪肥鹿实囊蛩?/p>

1.1 變壓器結構設計時存在缺陷

（1）現(xiàn)階段我國變壓器生產(chǎn)商使用的靜態(tài)理論進行變壓器短路力計算，實際上變壓器受短路力的瞬間是一個暫態(tài)且復雜的動態(tài)力。（2）一些變壓器固定結構模式原因，例如小型變壓器多數(shù)采用多層分段式結構，雖然沖擊梯度好，但是漏磁空道大，抗短路能力相對比較差。（3）變壓器高壓繞組存在有載調(diào)壓分接區(qū)，以及總絕緣沿整個繞組軸向高度上分布不均勻，因此沿高低壓繞組軸向的安匝分布實際上是不平衡的。

1.2 工藝及裝備的現(xiàn)狀存在不足

（1）不同容量和不同電壓等級變壓器由于成本的限制，使得一些變壓器制造商沒有設備和工裝來保證繞組繞緊、壓緊、套緊。上述所提到的“緊”字，是不能過緊，要均勻壓緊，使得壓緊力始終的于動態(tài)短路力并留有一定的裕度。（2）工藝結構強度在抗短路能力上不過關，例如壓板材質(zhì)及厚度達不到抗短路水平，鐵軛墊塊及固定支點強度達不到標準，變壓器整體定位不牢固，在經(jīng)歷一系列的運輸、吊裝中發(fā)生位移，也會成為日后短路事故的隱患。

1.3 材料質(zhì)量不過關

變壓器所用的材料不符合標準要求，例如紙板密度不合格，在變壓器干燥后就會導致繞組受力不緊或過緊。導致短路過程中軸向和幅向失穩(wěn)。繞組導線硬度不滿足標準，使得繞組的拉伸應力或壓縮應力達不到規(guī)定的破壞強度。從而造成匝絕緣損壞。這些都有可能導致短路事故的發(fā)生。

2 變壓器短路后的損壞形式

（1）軸向失穩(wěn)，這種損壞主要是由于短路繞組輻向漏磁場和在線匝中流動的電流之間相互作用產(chǎn)生的軸向電動力作用在線餅上，導致變壓器軸向變形。破壞形式有：線餅上下彎曲變形；線餅倒塌；上部壓板撐裂或撐開；墊塊發(fā)生位移或脫離等這些都是永久不可修復的（見圖1）。

（2）輻向失穩(wěn)，這種損壞主要是由于短路繞組軸向漏磁場和在線匝中流動的電流之間相互作用產(chǎn)生的輻向電動力作用在線餅上，導致變壓器輻向變形。當繞組預壓緊力不足，內(nèi)支撐點不夠，此輻向電動力則向內(nèi)擠壓內(nèi)繞組產(chǎn)生變形如圖2。向外拉伸外繞組產(chǎn)生變形，撐條傾斜，線餅在幅向上呈多邊形扭曲。此變形是永久的不可修復的。

（3）支撐引線固定失穩(wěn)，產(chǎn)生位移扭曲。這種破壞主要是引線之間的電磁力作用下，造成的振動，導致引線短路的。

3 提高變壓器抗短路能力的措施

3.1 技術改進措施

（1）電磁計算方面，綜合考慮短路時的動態(tài)過程，合理選擇撐條數(shù)，導線寬厚比及導線許應力的控制值。①在進行安匝平衡排列時根據(jù)額定分接和各級限分接情況整體優(yōu)化，盡量減小不平衡安匝。②考慮到繞組的固有頻率與軸向短路力接近時，就會產(chǎn)生共振，此時軸向動態(tài)短路力的幅值會大大增加，對繞組危害極大，因此計算過程中，要使得繞組的固有頻率避開軸向短路的頻率。③最大預壓緊力不能超過整個線餅靜態(tài)軸向失穩(wěn)臨界短路力，否則會因軸向預壓緊力過大而導致某些線餅傾斜倒塌。④設計時引線固定支點足夠，避免引線受到短路電流沖擊時造成相間短路；固定引線槽口不宜過大，避免夾持不緊引線振動時絕緣破壞，引起短路。

（2）繞組結構方面。繞組是產(chǎn)生電動力又直接承受電動力的結構部件，要保證繞組在短路時的穩(wěn)定性，針對其受力情況，使其在各個方向有牢固的支撐。具體做法：①在內(nèi)繞組內(nèi)側設置硬絕緣筒，絕緣筒材質(zhì)采用進口高密度紙板。②采用立式可調(diào)模具將繞組直接繞制在硬質(zhì)筒上，提高繞組的撐緊度；③增加繞組內(nèi)撐條檔數(shù)，撐條靠近線圈側倒圓角，消除當繞組受短路力作用時產(chǎn)生的應力集中現(xiàn)象。④適當增加壓板厚度并校核其強度。合理布置壓釘位置和選擇壓釘數(shù)量，并設計副壓板，以減小壓釘作用到壓板上的壓強和壓板的剪應力。⑤在繞組換位的空檔處，放置成型牛角型墊塊，避免導線發(fā)生振動。⑥對繞組的端圈墊塊、油隙墊塊撐條進行預密化處理，壓縮量約為10%左右，避免變壓器在裝配中預壓不實。給導線留有振動空間，絕緣破壞、墊塊脫落、線餅倒塌。

3.2 變壓器做短路試驗

通過變壓器進行抗短路試驗數(shù)據(jù)結果的分析，來完善變壓器的產(chǎn)品結構以及提升變壓器的抗短路能力。

4 結語

總之，目前科學技術飛速的發(fā)展，電力系統(tǒng)容量和電壓等級的提高，提高變壓器的抗短路能力是十分必要的，從而有效地提高電網(wǎng)運行安全性，減少經(jīng)濟損失，保證電網(wǎng)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

參考文獻

[1] 謝毓城.電力變壓器手冊[M].機械工業(yè)出版社，2003.

[2] 董梁.變壓器故障的診斷研究[J].裝備制造技術，2010（1）：110-111.

[3] 許正亞.變壓器及中低壓網(wǎng)絡數(shù)字式保護[M].中國水力電力出版社，2004.

[4] 姜益民.變壓器抗短路能力簡析[J].變壓器，2002（4）：52-56.endprint

摘 要：隨著電網(wǎng)改革的推進，對于變壓器性能的要求越加嚴格，尤其是對變壓器的抗短路性能要求也在不斷提高，因此將變壓器抗短路能力列為的一項重要指標，本文通過變壓器運行中短路故障分析，真實事故照片的列舉，并結合實際工作經(jīng)驗，剖析導致此類事故的各方面因素，提出變壓器電磁計算、結構設計、工藝流程上應采取的相應措施，從而避免類次事情的發(fā)生，提高變壓器繞組承受短路事故的能力。

關鍵詞：變壓器 電動力 變形 實例

中圖分類號：TM41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（a）-0065-01

變壓器抗短路能力，關系到電力系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。目前，隨著電網(wǎng)容量增大，變壓器短路事故發(fā)生率已占主導地位，對電力系統(tǒng)構成了嚴重威脅。本文則通過筆者多年設計和實際經(jīng)驗對變壓器抗短路能力剖析，并提出解決措施。

1 由于變壓器本身的原因?qū)е露搪肥鹿实囊蛩?/p>

1.1 變壓器結構設計時存在缺陷

（1）現(xiàn)階段我國變壓器生產(chǎn)商使用的靜態(tài)理論進行變壓器短路力計算，實際上變壓器受短路力的瞬間是一個暫態(tài)且復雜的動態(tài)力。（2）一些變壓器固定結構模式原因，例如小型變壓器多數(shù)采用多層分段式結構，雖然沖擊梯度好，但是漏磁空道大，抗短路能力相對比較差。（3）變壓器高壓繞組存在有載調(diào)壓分接區(qū)，以及總絕緣沿整個繞組軸向高度上分布不均勻，因此沿高低壓繞組軸向的安匝分布實際上是不平衡的。

1.2 工藝及裝備的現(xiàn)狀存在不足

（1）不同容量和不同電壓等級變壓器由于成本的限制，使得一些變壓器制造商沒有設備和工裝來保證繞組繞緊、壓緊、套緊。上述所提到的“緊”字，是不能過緊，要均勻壓緊，使得壓緊力始終的于動態(tài)短路力并留有一定的裕度。（2）工藝結構強度在抗短路能力上不過關，例如壓板材質(zhì)及厚度達不到抗短路水平，鐵軛墊塊及固定支點強度達不到標準，變壓器整體定位不牢固，在經(jīng)歷一系列的運輸、吊裝中發(fā)生位移，也會成為日后短路事故的隱患。

1.3 材料質(zhì)量不過關

變壓器所用的材料不符合標準要求，例如紙板密度不合格，在變壓器干燥后就會導致繞組受力不緊或過緊。導致短路過程中軸向和幅向失穩(wěn)。繞組導線硬度不滿足標準，使得繞組的拉伸應力或壓縮應力達不到規(guī)定的破壞強度。從而造成匝絕緣損壞。這些都有可能導致短路事故的發(fā)生。

2 變壓器短路后的損壞形式

（1）軸向失穩(wěn)，這種損壞主要是由于短路繞組輻向漏磁場和在線匝中流動的電流之間相互作用產(chǎn)生的軸向電動力作用在線餅上，導致變壓器軸向變形。破壞形式有：線餅上下彎曲變形；線餅倒塌；上部壓板撐裂或撐開；墊塊發(fā)生位移或脫離等這些都是永久不可修復的（見圖1）。

（2）輻向失穩(wěn)，這種損壞主要是由于短路繞組軸向漏磁場和在線匝中流動的電流之間相互作用產(chǎn)生的輻向電動力作用在線餅上，導致變壓器輻向變形。當繞組預壓緊力不足，內(nèi)支撐點不夠，此輻向電動力則向內(nèi)擠壓內(nèi)繞組產(chǎn)生變形如圖2。向外拉伸外繞組產(chǎn)生變形，撐條傾斜，線餅在幅向上呈多邊形扭曲。此變形是永久的不可修復的。

（3）支撐引線固定失穩(wěn)，產(chǎn)生位移扭曲。這種破壞主要是引線之間的電磁力作用下，造成的振動，導致引線短路的。

3 提高變壓器抗短路能力的措施

3.1 技術改進措施

（1）電磁計算方面，綜合考慮短路時的動態(tài)過程，合理選擇撐條數(shù)，導線寬厚比及導線許應力的控制值。①在進行安匝平衡排列時根據(jù)額定分接和各級限分接情況整體優(yōu)化，盡量減小不平衡安匝。②考慮到繞組的固有頻率與軸向短路力接近時，就會產(chǎn)生共振，此時軸向動態(tài)短路力的幅值會大大增加，對繞組危害極大，因此計算過程中，要使得繞組的固有頻率避開軸向短路的頻率。③最大預壓緊力不能超過整個線餅靜態(tài)軸向失穩(wěn)臨界短路力，否則會因軸向預壓緊力過大而導致某些線餅傾斜倒塌。④設計時引線固定支點足夠，避免引線受到短路電流沖擊時造成相間短路；固定引線槽口不宜過大，避免夾持不緊引線振動時絕緣破壞，引起短路。

（2）繞組結構方面。繞組是產(chǎn)生電動力又直接承受電動力的結構部件，要保證繞組在短路時的穩(wěn)定性，針對其受力情況，使其在各個方向有牢固的支撐。具體做法：①在內(nèi)繞組內(nèi)側設置硬絕緣筒，絕緣筒材質(zhì)采用進口高密度紙板。②采用立式可調(diào)模具將繞組直接繞制在硬質(zhì)筒上，提高繞組的撐緊度；③增加繞組內(nèi)撐條檔數(shù)，撐條靠近線圈側倒圓角，消除當繞組受短路力作用時產(chǎn)生的應力集中現(xiàn)象。④適當增加壓板厚度并校核其強度。合理布置壓釘位置和選擇壓釘數(shù)量，并設計副壓板，以減小壓釘作用到壓板上的壓強和壓板的剪應力。⑤在繞組換位的空檔處，放置成型牛角型墊塊，避免導線發(fā)生振動。⑥對繞組的端圈墊塊、油隙墊塊撐條進行預密化處理，壓縮量約為10%左右，避免變壓器在裝配中預壓不實。給導線留有振動空間，絕緣破壞、墊塊脫落、線餅倒塌。

3.2 變壓器做短路試驗

通過變壓器進行抗短路試驗數(shù)據(jù)結果的分析，來完善變壓器的產(chǎn)品結構以及提升變壓器的抗短路能力。

4 結語

總之，目前科學技術飛速的發(fā)展，電力系統(tǒng)容量和電壓等級的提高，提高變壓器的抗短路能力是十分必要的，從而有效地提高電網(wǎng)運行安全性，減少經(jīng)濟損失，保證電網(wǎng)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

參考文獻

[1] 謝毓城.電力變壓器手冊[M].機械工業(yè)出版社，2003.

[2] 董梁.變壓器故障的診斷研究[J].裝備制造技術，2010（1）：110-111.

[3] 許正亞.變壓器及中低壓網(wǎng)絡數(shù)字式保護[M].中國水力電力出版社，2004.

[4] 姜益民.變壓器抗短路能力簡析[J].變壓器，2002（4）：52-56.endprint

摘 要：隨著電網(wǎng)改革的推進，對于變壓器性能的要求越加嚴格，尤其是對變壓器的抗短路性能要求也在不斷提高，因此將變壓器抗短路能力列為的一項重要指標，本文通過變壓器運行中短路故障分析，真實事故照片的列舉，并結合實際工作經(jīng)驗，剖析導致此類事故的各方面因素，提出變壓器電磁計算、結構設計、工藝流程上應采取的相應措施，從而避免類次事情的發(fā)生，提高變壓器繞組承受短路事故的能力。

關鍵詞：變壓器 電動力 變形 實例

中圖分類號：TM41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（a）-0065-01

變壓器抗短路能力，關系到電力系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。目前，隨著電網(wǎng)容量增大，變壓器短路事故發(fā)生率已占主導地位，對電力系統(tǒng)構成了嚴重威脅。本文則通過筆者多年設計和實際經(jīng)驗對變壓器抗短路能力剖析，并提出解決措施。

1 由于變壓器本身的原因?qū)е露搪肥鹿实囊蛩?/p>

1.1 變壓器結構設計時存在缺陷

（1）現(xiàn)階段我國變壓器生產(chǎn)商使用的靜態(tài)理論進行變壓器短路力計算，實際上變壓器受短路力的瞬間是一個暫態(tài)且復雜的動態(tài)力。（2）一些變壓器固定結構模式原因，例如小型變壓器多數(shù)采用多層分段式結構，雖然沖擊梯度好，但是漏磁空道大，抗短路能力相對比較差。（3）變壓器高壓繞組存在有載調(diào)壓分接區(qū)，以及總絕緣沿整個繞組軸向高度上分布不均勻，因此沿高低壓繞組軸向的安匝分布實際上是不平衡的。

1.2 工藝及裝備的現(xiàn)狀存在不足

（1）不同容量和不同電壓等級變壓器由于成本的限制，使得一些變壓器制造商沒有設備和工裝來保證繞組繞緊、壓緊、套緊。上述所提到的“緊”字，是不能過緊，要均勻壓緊，使得壓緊力始終的于動態(tài)短路力并留有一定的裕度。（2）工藝結構強度在抗短路能力上不過關，例如壓板材質(zhì)及厚度達不到抗短路水平，鐵軛墊塊及固定支點強度達不到標準，變壓器整體定位不牢固，在經(jīng)歷一系列的運輸、吊裝中發(fā)生位移，也會成為日后短路事故的隱患。

1.3 材料質(zhì)量不過關

變壓器所用的材料不符合標準要求，例如紙板密度不合格，在變壓器干燥后就會導致繞組受力不緊或過緊。導致短路過程中軸向和幅向失穩(wěn)。繞組導線硬度不滿足標準，使得繞組的拉伸應力或壓縮應力達不到規(guī)定的破壞強度。從而造成匝絕緣損壞。這些都有可能導致短路事故的發(fā)生。

2 變壓器短路后的損壞形式

（1）軸向失穩(wěn)，這種損壞主要是由于短路繞組輻向漏磁場和在線匝中流動的電流之間相互作用產(chǎn)生的軸向電動力作用在線餅上，導致變壓器軸向變形。破壞形式有：線餅上下彎曲變形；線餅倒塌；上部壓板撐裂或撐開；墊塊發(fā)生位移或脫離等這些都是永久不可修復的（見圖1）。

（2）輻向失穩(wěn)，這種損壞主要是由于短路繞組軸向漏磁場和在線匝中流動的電流之間相互作用產(chǎn)生的輻向電動力作用在線餅上，導致變壓器輻向變形。當繞組預壓緊力不足，內(nèi)支撐點不夠，此輻向電動力則向內(nèi)擠壓內(nèi)繞組產(chǎn)生變形如圖2。向外拉伸外繞組產(chǎn)生變形，撐條傾斜，線餅在幅向上呈多邊形扭曲。此變形是永久的不可修復的。

（3）支撐引線固定失穩(wěn)，產(chǎn)生位移扭曲。這種破壞主要是引線之間的電磁力作用下，造成的振動，導致引線短路的。

3 提高變壓器抗短路能力的措施

3.1 技術改進措施

（1）電磁計算方面，綜合考慮短路時的動態(tài)過程，合理選擇撐條數(shù)，導線寬厚比及導線許應力的控制值。①在進行安匝平衡排列時根據(jù)額定分接和各級限分接情況整體優(yōu)化，盡量減小不平衡安匝。②考慮到繞組的固有頻率與軸向短路力接近時，就會產(chǎn)生共振，此時軸向動態(tài)短路力的幅值會大大增加，對繞組危害極大，因此計算過程中，要使得繞組的固有頻率避開軸向短路的頻率。③最大預壓緊力不能超過整個線餅靜態(tài)軸向失穩(wěn)臨界短路力，否則會因軸向預壓緊力過大而導致某些線餅傾斜倒塌。④設計時引線固定支點足夠，避免引線受到短路電流沖擊時造成相間短路；固定引線槽口不宜過大，避免夾持不緊引線振動時絕緣破壞，引起短路。

（2）繞組結構方面。繞組是產(chǎn)生電動力又直接承受電動力的結構部件，要保證繞組在短路時的穩(wěn)定性，針對其受力情況，使其在各個方向有牢固的支撐。具體做法：①在內(nèi)繞組內(nèi)側設置硬絕緣筒，絕緣筒材質(zhì)采用進口高密度紙板。②采用立式可調(diào)模具將繞組直接繞制在硬質(zhì)筒上，提高繞組的撐緊度；③增加繞組內(nèi)撐條檔數(shù)，撐條靠近線圈側倒圓角，消除當繞組受短路力作用時產(chǎn)生的應力集中現(xiàn)象。④適當增加壓板厚度并校核其強度。合理布置壓釘位置和選擇壓釘數(shù)量，并設計副壓板，以減小壓釘作用到壓板上的壓強和壓板的剪應力。⑤在繞組換位的空檔處，放置成型牛角型墊塊，避免導線發(fā)生振動。⑥對繞組的端圈墊塊、油隙墊塊撐條進行預密化處理，壓縮量約為10%左右，避免變壓器在裝配中預壓不實。給導線留有振動空間，絕緣破壞、墊塊脫落、線餅倒塌。

3.2 變壓器做短路試驗

通過變壓器進行抗短路試驗數(shù)據(jù)結果的分析，來完善變壓器的產(chǎn)品結構以及提升變壓器的抗短路能力。

4 結語

總之，目前科學技術飛速的發(fā)展，電力系統(tǒng)容量和電壓等級的提高，提高變壓器的抗短路能力是十分必要的，從而有效地提高電網(wǎng)運行安全性，減少經(jīng)濟損失，保證電網(wǎng)系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

參考文獻

[1] 謝毓城.電力變壓器手冊[M].機械工業(yè)出版社，2003.

[2] 董梁.變壓器故障的診斷研究[J].裝備制造技術，2010（1）：110-111.

[3] 許正亞.變壓器及中低壓網(wǎng)絡數(shù)字式保護[M].中國水力電力出版社，2004.

[4] 姜益民.變壓器抗短路能力簡析[J].變壓器，2002（4）：52-56.endprint