變壓器繞組導線對抗短路能力的影響探討

丁惠雄

摘要：通過對導致電力事故的因素進行綜合分析后發現，變壓器的抗短路能力不足已經成為了突出短板，急需采取措施加以改進。本文對變壓器設計中，導線的選取對變壓器抗短路能力的影響進行了一些探討，希望對相關工作能夠有所借鑒。

關鍵詞：變壓器；繞組導線；抗短路能力

近年來，我國電網系統無論是從技術先進性上還是從規模上都較以往有了顯著的提升，這一方面給社會生產和生活帶來了巨大的便利，但同時也對電力系統的工作可靠性提出了更高的要求。然而現實卻是我國近年來電力事故頻發，甚至還有增長的趨勢，這從長遠來看已經對電力系統的發展造成了阻礙。

通過對導致電力事故的因素進行綜合分析后發現，變壓器的抗短路能力不足已經成為了突出短板，急需采取措施加以改進。現實中，導致變壓器抗短路能力不足的因素有很多，既包括設計等內在因素，還包括運行管理維護等外在因素。本文對變壓器設計中，導線的選取對變壓器抗短路能力的影響進行了一些探討，希望對相關工作能夠有所借鑒。

1 研究變壓器抗短路能力的必要性

根據國家相關標準和行業規范要求，電力變壓器必須具備一定的抗短路能力，具體而言，一是要通過設計計算來保證，二是要通過相關試驗來加以驗證。然而現實卻是，因為受到各種主、客觀因素的影響，變壓器廠商對其所生產的每臺變壓器都進行試驗驗證是很難實現的，所以在設計階段對變壓器的抗短路能力進行準確計算就顯得尤為重要。

近年來，國內外相關計算人員對變壓器繞組性能進行了多方面的研究，包括對理論計算方法的研究、對材料選用的研究、對繞組結構的分析及其工藝的探討等等，并在此基礎上形成了諸多改進措施，這些都促進了變壓器設計質量的提升。同時，變壓器短路強度計算研究也取得了突出進展，國內一些研究機構甚至開發出來了相關的計算軟件，從而為變壓器的抗短路能力設計提供了可靠的參考依據。同時，國際上的一些研究成果也被借鑒到了該領域，例如將動態短路強度計算方法應用到變壓器的抗短路能力計算中就取得了良好效果，可以實現對突遭短路故障的變壓器繞組的短路強度等進行精確地分析和計算。

總而言之，國內外在相關領域的研究進展有力地推動了變壓器抗短路能力計算工作的發展。筆者在分析研究相關研究進展的基礎上，歸納出了一些結論，希望能對同行起到拋磚引玉的作用。

2 繞組導線對變壓器抗短路能力的影響分析

現實中，變壓器的繞組結構會對其抗短路能力產生直接影響。以雙繞組變壓器（如圖1所示）為例，一旦遭遇突發短路故障，因為受到繞組輻向力的影響，內、外繞組會分別受到壓力和拉力的作用。一旦繞組受到的壓力和拉力之和大于繞組的許用應力時，變壓器的繞組就會發生變形，嚴重的甚至還可能造成導線斷裂，進而對變壓器的主、縱緣結構和運行質量帶來嚴重影響。

對于大型變壓器而言，其繞組導線形式一般為扁導線，輻向厚度為a，軸向寬度為b。至于導線的絕緣，則可以是漆，也可以是紙。當要設計的變壓器為大容量的變壓器時，因為單根扁導線無法滿足容量需求，所以一般會采用多根扁導線并聯的方式。此外，如果所設計的變壓器要求能通過較大的電流或者對繞組的損耗要求較低時，在設計上一般會采用換位導線的方式。在實際工作中，換位導線包括普通換位導線和自粘性換位導線兩種，換位導線的類型、尺寸規格以及材質等均會對變壓器的抗短路能力造成影響。

一般來說，變壓器繞組導線的尺寸越大，其強度就越強，所以選擇大尺寸的導線對于提升變壓器的抗短路能力有積極效果。但現實中因為受到變壓器產品規格的制約，導線的尺寸有時不宜地取得過大，此時就需要考慮選擇強度較大的導線材質來滿足短路強度方面的設計要求。經過研究，半硬銅線繞組的強度比一般的軟銅線繞組在輻向方面的強度能提升1.5倍以上；自粘性換位導線的強度比普通換位導線的強度更是能提升到3倍以上。至于導線尺寸對短路時繞組輻向力的影響也可以通過相關的計算軟件得到。通常來說，內繞組導線的壓曲強度會隨著輻向厚度a的減小而減小，即a越小，內繞組的失穩性就越大；外繞組導線受到的拉伸應力會隨著導線截面積的減小而增大，即導線的截面積越小，繞組的輻向強度就越小，外繞組的失穩性就越大。

3 提升變壓器抗短路能力的措施探討

對于提升繞組的輻向短路強度設計來說，最有效的方法就是采用高強度的導線材質和換位導線形式。例如采用半硬銅繞組導線和自粘性換位導線。其次，應該盡量降低繞組起始的不均勻程度，如可以將繞組繞的更緊密。第三，在確保變壓器繞組能夠滿足相關應用要求的前提下，通過增大導線的輻向厚度和截面積，可以有效提升變壓器繞組的輻向短路強度。最后，加強繞組的輻向撐緊，保障內繞組在發生向內變形時能夠獲得足夠的支撐強度。

4 結語

以上研究是筆者在相關研究的基礎上總結而出的結論，對變壓器設計階段考慮繞組導線選擇對變壓器抗短路能力的影響具有借鑒意義，此結論已經通過了相關的試驗驗證，具有有效性。誠然，筆者的研究中還有著諸多不足，例如對變壓器繞組導線材質對其短路強度的影響研究還不夠全面，除了所舉的半硬銅導線材質和軟銅導線材質的對比之外，對其他材質的導線沒有涉及；對繞組導線尺寸規格對其短路強度的影響研究還不夠定量，沒有給出精確的計算公式等，而這些還需要筆者作更進一步的深入研究。

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