淺談突發(fā)短路時變壓器短路受力情況

趙昔勐 趙寶瑞

摘要：本文主要以常規(guī)油浸式變壓器作為研究對象，從變壓器突發(fā)短路時繞組線圈輻向短路力的情況，分析結(jié)果主要用于電磁計算方案線規(guī)選取，利用公式推導(dǎo)輔助完善設(shè)計方案，輔助導(dǎo)線屈服強度選取。

關(guān)鍵詞：突發(fā)短路;彎曲應(yīng)力;拉伸應(yīng)力

1引言：

變壓器內(nèi)部是一個非常復(fù)雜的磁場區(qū)域，帶電導(dǎo)體在磁場中會受到安培力的作用，正常運行情況下變壓器所承受電流較為穩(wěn)定，導(dǎo)線雖然受力但不會發(fā)生太大的形變。但當(dāng)變壓器遇到突發(fā)短路情況時短路電流通常會非常大，而安培力公式F=BmIdl中磁通密度Bm與電流成正比，從而使安培力與短路時電流的平方成正比，此時短時間內(nèi)斷路器如果不能及時斷開，變壓器繞組上將會承受平時幾百倍甚至更大電磁力，此時線圈會在極短的時間內(nèi)產(chǎn)生較大的收縮或拉伸，使導(dǎo)線產(chǎn)生損傷從而引起較大的電力事故，所以變壓器耐受短路性能也是衡量變壓器質(zhì)量的一個非常重要的標(biāo)準(zhǔn)。

2研究背景：

供電公司因個別產(chǎn)品抗短路不足而發(fā)生短路故障，這給供電公司及用戶帶來了很大的經(jīng)濟(jì)損失。近年來國網(wǎng)公司對變壓器抗短路性能也是越來越重視，為解決因變壓器短路問題造成的電網(wǎng)故障而成立了國網(wǎng)抗短路中心，抗短路中心目前對在運的變壓器進(jìn)行抗短路計算并對其分類，對未投入運行的變壓器在設(shè)計生產(chǎn)之前就要做抗短路性能分析，對未滿足國網(wǎng)抗短路標(biāo)準(zhǔn)的變壓器不允許入網(wǎng)運行。所以對變壓器抗短路性能的研究和分析非常重要，在設(shè)計之初就應(yīng)該滿足抗短路性能。

3繞組輻向力計算：

由上圖可以看出在短路時根據(jù)左手定則內(nèi)外繞組電流相反，所受到的力也是相反的，所以低壓繞組會受到一個壓縮應(yīng)力，高壓繞組受到拉伸應(yīng)力，當(dāng)拉伸或壓縮應(yīng)力超過了變壓器繞組所能承受的限制，繞組將會產(chǎn)生嚴(yán)重變形，因為變壓器繞組為圓形，圓形物體受到的壓力比受到拉力更容易變形。

對于低壓繞組來說增加內(nèi)撐條數(shù)量可以有效減小撐條間承受的力，但增加撐條數(shù)量可能會阻礙油流，所以對于導(dǎo)線屈服應(yīng)力的選取尤為重要。

對于繞組拉伸/壓縮應(yīng)力推導(dǎo)，根據(jù)磁力的基本公式：

F=BIlW，因此輻向電磁力為Fx=Bjp Idm lpj W①

Bm= 0H真空磁導(dǎo)率 0=4π 10 7，又根據(jù)磁路全電流定律 HL ?WI

得出H ，又因為Bpj m，

HkL

得出Bpj ?0Idm W ?②

idW ? ?所以整理公式后Fx 4π m10 7 idm L W

由路電流計算公式idm kch 2 Id，Id 3U Zk IN Zk，kch

為短路電流沖擊系數(shù)

所以：Idm kch IN 2

Zk

導(dǎo)線長度：L 2π rpj W

整理公式得：（kch IN 2 W ?）22πrpj 3⑤

Hk Zk2

根據(jù)力學(xué)公式F' x因，對于同心式變壓器繞組由于輻向力的作用，

在導(dǎo)線內(nèi)部所產(chǎn)生的的切向拉力

F' Fx 2π （kch IN ? ?）2rpj W 10 3⑥

由此公式可以在電磁計算方案設(shè)計時檢查校驗導(dǎo)線屈服強度是否合適。

4總結(jié)

本文主要變壓器短路時繞組輻向力進(jìn)行公式推導(dǎo)，計算導(dǎo)線所能承受的應(yīng)力，用來校核電磁計算方案的合理性，此公式對于繞組線規(guī)的選取，導(dǎo)線屈服應(yīng)力的選擇有著一定指導(dǎo)作用，使得產(chǎn)品提高變壓器抗短路性能，使設(shè)計方案更加的合理，產(chǎn)品更加可靠，隨著國網(wǎng)公司對變壓器抗短路性能的重視，后續(xù)會有很多企業(yè)參照國網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行采購變壓器，所以抗短路性能的研究還需繼續(xù)深入。

參考文獻(xiàn)：[1]尹克寧.變壓器耐受短路的能力及其校驗.變壓器設(shè)計原理.[2]中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.GB1094.5-2008承受短路的能力.[3]劉傳彝.變壓器短路阻抗計算.電力變壓器設(shè)計計算方法與實踐.