變壓器引線短路力承受能力的計算分析

張圓圓

摘要：計算分析了變壓器引線在短路狀態下的受力情況。

關鍵詞：突發短路；電磁力

1變壓器突發短路故障簡介

當變壓器處于正常運行狀態時，其二次側突然發生短路，此即為突發短路故障。突發短路故障會在變壓器的一、二次繞組中產生很大短路的電流。短路電流則會在變壓器線圈、引線中產生巨大的機械應力，危及變壓器的可靠運行，甚至毀壞變壓器。而變壓器在短路狀態下所耐受的安培力，是最為嚴重的機械挑戰。點動力具有脈動性質、瞬時作用在繞組及引線上，而且正比于電流值的平方。因為極限情況下，短路電流的幅值可以達到10-20倍的滿負載額定電流，機械力則會增加至100-400倍。

2.突發短路電流的計算

根據實際使用中突發短路情況的發生頻率，本文選取發生突發短路最頻繁的自耦變壓器進行分析，型號ODFS-334000/500.高中低壓容量分別為：334000/334000/100000（MVA）。

突發短路情況下，短路電流倍數；

K=100/（Uk+Us）

K：短路電流穩定值倍數。

Uk：變壓器短路阻抗

Us：線路阻抗

高中短路狀態下：

K1=4.59（基準容量334MVA）

中低短路狀態下：

K2=7.45（基準容量100MVA）

3引線短路所受機械力的計算

3.1高中短路計算邊界條件：

高中運行高壓側模型，高壓線圈電流5057.21A，中壓線圈電流6556.356A，中性點引線電流6556.356A。

3.2高中短路磁場分布：

磁力線分布（圖中坐標系，紅色為X軸，綠色為Y軸）

3.3中性點引線短路力計算結果：

上端部中性點引線短路力：

X方向：-0.4244N/mm

Y方向：0.47255N/mm

3.4中低短路計算邊界條件：

中低運行低壓側模型，中壓線圈電流5898.165A，低壓線圈電流20694.61A，低壓引線電流20694.61A。

3.5低壓側磁場分布：

磁力線分布（圖中坐標系，紅色為X軸，綠色為Y軸）

3.6低壓引線短路力計算結果：

低壓引線短路力：

X方向：0.134N/mm

Y方向：-0.028N/mm

4.受力計算結果：

中性點引線應力分布

中性點引線，最大應力為29.5MPa，出線在導線夾上。導線夾采用層壓紙板，許用強度按57MPa計算，具有57/29.5=1.93倍。銅管引線上最大應力為20.1MPa。

低壓引線應力分布

低壓引線，最大應力為59.78MPa，出線在導線夾上，導線夾其余大覺部分區域應力不大于15MPa。導線夾采用層壓紙板。銅管引線上最大應力為32.38MPa。

5.結論

通過對引線短路狀態短路機械力的受力分析，確保變壓器的耐受突發短路能力。