变压器运转中短路损坏的原因剖析
摘要：经过上海近几年出口短路构成变压器损坏的详细实例剖析了因为电磁线原因构成变压器损坏和现在存在的问题，并就电力变压器的规划和电磁线的选用提出了主张。
1 前语
近年来，变压器事端时有发作，而且有添加的趋势。从变压器事端状况剖析来看，抗短路才能不行已成为电力变压器事端的首要原因，对电网构成很大损害，严峻影响电网安全运转。
本文就上海市电力公司近十多年来因电力变压器外部短路而构成损坏事端的状况作一分类剖析，从而提呈现在有关电磁线选用存在的问题和削减这一类事端的办法，以促进制作厂对产品的改善和完善，一起促进运转单位进一步进步运转办理水平。
2 变压器短路事端状况
从1993年1月至2002年12月，上海电网变压器累计发作短路损坏事端17台次，占整个损坏事端的77.3％，为首要损坏原因，总容量2750MVA。其间500kV级2台次、220kV级13台次、110kV级2台，低压线圈严峻变形不得不替换线圈的220kV级1台，110kV级1台，在变压器改造中发现220kV级低压绕组有变形现象4台，运转中发现500kV绕组有变形痕迹有2台。特别自1995年以来，变压器损坏事端呈上升趋势，而且事端影响规模不断在扩展，其事端首要表现方法为：
1) 外部屡次短路冲击，线圈变形逐步严峻，终究绝缘击穿损坏居多；
2) 外部短时内频频受短路冲击而损坏；
3) 长期短路冲击而损坏；
4) 一次短路冲击就损坏。
3 变压器短路损坏的首要方法
依据近几年的变压器因出口短路而发作损坏的状况，变压器在短路毛病时，其损坏首要有以下几种特征及发作的原因。
3.1轴向失稳
这种损坏首要是在辐向漏磁发作的轴向电磁力效果下，导致变压器绕组轴向变形，该类事端占整个损坏事端的52.9％。
3.1.1线饼上下曲折变形
这种损坏是因为两个轴向垫块间的导线在轴向电磁力效果下，因弯矩过大发作永久性变形，一般两饼间的变形是对称的。
3.1.2绕组或线饼坍毁
这种损坏是因为导线在轴向力效果下，彼此揉捏或碰击，导致歪斜变形。假如导线原始稍有歪斜，则轴向力促进歪斜添加，严峻时就坍毁；导线高宽比例大，就愈简单引起坍毁。
端部漏磁场除轴向分量外，还存在辐向分量，二个方向的漏磁所发作的组成电磁力致使内绕组导线向内翻转，外绕组向外翻转。
3.1.3 绕组升起将压板撑开
这种损坏往往是因为轴向力过大或存在其端部支撑件强度、刚度不行或装置有缺点。
3.2 辐向失稳
这种损坏首要是在轴向漏磁发作的辐向电磁力效果下，导致变压器绕组辐向变形，占整个损坏事端的41.2%。
3.2.1 外绕组导线伸长导致绝缘破损
辐向电磁力妄图使外绕组直径变大，当效果在导线的拉应力过大会发作永久性变形。这种变形一般随同导线绝缘破损而构成匝间短路，严峻时会引起线圈嵌进、乱圈而坍毁，乃至开裂。
3.2.2 绕组端部翻转变形
端部漏磁场除轴向分量外，还存在辐向分量，二个方向的漏磁所发作的组成电磁力致使绕组导线向内翻转，外绕组向外翻转。
3.2.3内绕组导线曲折或曲翘
辐向电磁力使内绕组直径变小，曲折是由两个支撑(内撑条)间导线弯矩过大而发作永久性变形的成果。假如铁心绑扎满意紧实及绕组辐向撑条有用支撑，而且辐向电动力沿圆周方向均布的话，这种变形是对称的，整个绕组为多边星形。但是，因为铁芯受压变形，撑条受支撑状况不相同，沿绕组圆周受力是不均匀的，实践上常常发作部分失稳构成曲翘变形。
3.3引线固定失稳
这种损坏首要因为引线间的电磁力效果下，构成引线振荡，导致引线间短路，这种事端较少见。
4 变压器短路损坏的常见部位
依据近几年的变压器因出口短路而发作损坏的状况，变压器在短路毛病时，其绕组损坏部位首要有以下几种。
4.1对应铁轭下的部位
该部位发作变形原因有：(1)短路电流所发作的磁场是经过油和箱壁或铁心闭合，因为铁轭的磁阻相对较小，故大多经过油路和铁轭间闭合，磁场相对会集，效果在线饼的电磁力也相对较大；(2)内绕组套装空隙过大或铁心绑扎不行紧实，导致铁心片二侧缩短变形，致使铁轭侧绕组曲翘变形；(3)在结构上，轭部对应绕组部分的轴向压紧是最不牢靠的，该部位的线饼往往难以达到应有的预紧力，因而该部位的线饼最易变形。
4.2调压分接区域及对应其他绕组的部位
该区域因为：(1)安匝不平衡使漏磁散布不均衡，其幅向额外发作的漏磁场在线圈中发作额外轴向外力，这些力的方向总是使发作这些力的不对称性增大。轴向外力和正常幅向漏磁所发作的轴向内力相同，使线饼向竖直方向曲折，并紧缩线饼件的垫块，除此之外，这些力还部分地或悉数地传到铁轭上，力求使其离高兴柱，呈现线饼向绕组中部变形或翻转现象；
(2)该部位的线饼为力求安匝平衡或分接区间的应有绝缘间隔，往往要添加较多的垫块，较厚的垫块致使力的传递延时，因而对线饼碰击也较大；(3)绕组套装后不能保证中心电抗高度对齐，致使安匝进一步加重不平衡；(4)运转一段时刻后，较厚的垫块天然缩短量较大，一方面加重安匝不平衡现象，另一方面受短路力时跳动加重；(5)在规划时刻为力求安匝平衡，分接区的电磁线选用了较窄或较小截面的线规，抗短力才能低。
4.3换位部位
这部位的变形常见于换位导线的换位和单螺旋的规范换位处。
换位导线的换位，因为其换位的爬坡较一般导线的换位为陡，使线匝半径不同的换位处发作相反的切向力，这对巨细持平方向相反的切向力，致使内绕组的换位向直径变小，方向变形，外绕组的换位力求线匝半径相同，使换位拉直，内换位向中心变形，外换位向外变形，而且换位导线厚度越厚，爬坡越陡，变形越严峻。别的，换位处还存在轴向短路电流分量，所发作的附加力，致使线饼变形加重。
单螺旋的规范换位，在空间上要占一匝的方位，构成该部位安匝不平衡，一起又具有换位导线换位变形特征，因而该部位的线饼更简单变形。
4.4绕组的引出线
常见于斜口螺旋结构的绕组，该结构的绕组，因为二个螺旋口安匝不平衡，轴向力大，一起又有轴向电流存在，使引出线角落部位发作一个横向力而发作歪曲变形现象。别的螺旋绕组在绕制进程中，有剩下应力存在，会使绕组力求恢复原状现象，故螺旋结构的绕组，受短路电流冲击下更简单歪曲变形。
4.5引线间
常见于低压引线间，低压引线因为电压低流过电流大，相位120度，使引线彼此招引，假如引线固定不妥的话，会发作相间短路。
5 变压器短路毛病原因剖析
因变压器出口短路导致变压器内部毛病和事端的原因许多，也比较复杂，它与结构规划、原资料的质量、工艺水平、运转工况等因数有关，但电磁线的选用是要害。从近几年解剖变压器，对其事端进行剖析来看，与电磁线有关的大致有以下几个原因。
5.1依据变压器静态理论规划而选用的电磁线，与实践运转时效果在电磁线上的应力差异较大。
5.2现在各厂家的核算程序中是建立在漏磁场的均匀散布、线匝直径相同、等相位的力等理想化的模型基础上而编制的，而事实上变压器的漏磁场并非均匀散布，在铁轭部分相对会集，该区域的电磁线所遭到机械力也较大；换位导线在换位处因为爬坡会改动力的传递方向，而发作扭矩；因为垫块弹性模量的因数，轴向垫块不等距散布，会使交变漏磁场所发作的交变力延时共振，这也是为什么处在铁心轭部、换位处、有调压分接的对应部位的线饼首要变形的根本原因。
5.3抗短路才能核算时没有考虑温度对电磁线的抗弯和抗拉强度的影响。按常温下规划的抗短路才能不能反映实践运转状况，依据实验成果，电磁线的温度对其屈从极限?0.2影响很大，跟着电磁线的温度进步，其抗弯、抗拉强度及延伸率均下降，在250℃下抗弯抗拉强度要比在50℃时下降10％以上，延伸率则下降40％以上。而实践运转的变压器，在额外负荷下，绕组平均温度可达105℃，最热门温度可达118℃。一般变压器运转时均有重合闸进程，因而假如短路点一时无法消失的话，将在十分短的时刻内(0.8s)紧接着接受第2次短路冲击，但因为受第一次短路电流冲击后，绕组温度急剧增高，依据GBl094的规则，最高答应250℃，这时绕组的抗短路才能己大幅度下降，这便是为什么变压器重合闸后发作短路事端居多。
5.4选用一般换位导线，抗机械强度较差，在接受短路机械力时易呈现变形、散股、露铜现象。选用一般换位导线时，因为电流大，换位爬坡陡，该部位会发作较大的扭矩，一起处在绕组二端的线饼，因为幅向和轴向漏磁场的一起效果，也会发作较大的扭矩，致使歪曲变形。如杨高500kV变压器的A相公共绕组共有71个换位，因为选用了较厚的一般换位导线，其间有66个换位有不同程度的变形。别的吴泾1l号主变，也是因为选用一般换位导线，在铁心轭部部位的高压绕组二端线饼均有不同翻转露线的现象。
5.5选用软导线，也是构成变压器抗短路才能差的首要原因之一。因为前期对此知道缺乏，或绕线配备及工艺上的困难，制作厂均不肯运用半硬导线或规划时根本无这方面的要求，从发作毛病的变压器来看均是软导线。
5.6绕组绕制较松，换位或纠位爬坡处处理不妥，过于单薄，构成电磁线悬空。从事端损坏方位来看，变形多见换位处，尤其是换位导线的换位处。
5.7绕组线匝或导线之间未固化处理，抗短路才能差。前期经浸漆处理的绕组无一损坏。
5.8绕组的预紧力操控不妥构成一般换位导线的导线彼此错位。
5.9套装空隙过大，导致效果在电磁线上的支撑不行，这给变压器抗短路才能方面添加危险。
5.10效果在各绕组或各档预紧力不均匀，短路冲击时构成线饼的跳动，致使效果在电磁线上的弯应力过大而发作变形。
5.11外部短路事端频频，屡次短路电流冲击后电动力的堆集效应引起电磁线软化或内部相对位移，终究导致绝缘击穿。
6 主张
6.1订购
(1) 对设备选型时，应充分考虑现有产品结构状况，撤销冗余功用，挑选牢靠结构，在充分考虑电网的短路容量与产品的动安稳功能之后，再确认产品参数，依据电网实践需求合理的装备分接开关，对功能参数的要求应和现在制作水平及原料状况相适应。
(2) 优先选用经短路型式实验合格的产品规划，并对产品进行抽检短路耐受实验，以保证产品的同一性。
(3) 选用全自冷变压器。因为全自冷变压器相对其他冷却方法的变压器度低，用铜量大，变压器分量重，具有较强抗短路才能。
6.2 产品规划
针对前述构成短路毛病的原因和问题，电气规划和结构规划各方面应采纳改善办法。要充分考虑工艺和原料的分散性，在要害的部位应留有满意的裕度，当先进性与产品的牢靠性有矛盾时，首要考虑保证牢靠性。规划时应按高温条件(250℃~350℃)进行抗短路才能的规划，并对特别部位(如换位、螺旋口)要进行抗短路才能校核核算。若内线圈必定要带分接，应优先选用独立调压绕组结构。一起要制止运用一般换位导线，而尽量选用半硬以上的自粘性换位导线和组合导线；35kV及以下绕组的内支撑硬筒选用低介损无局放的环氧玻璃丝绝缘筒；轴向压紧最好选用绷簧压钉。
6.3制作工艺方面
针对前述的工艺缺点和短缺，进步工艺水平，加强工艺履行纪律，保证产品制作进程得到有用操控。
6.4资料方面
尽量选用半硬以上的自粘性换位导线和组合导线。选用高密度与油道等距的全体垫块。35kV及以下的内绕组应优先选用环氧玻璃丝筒作绕组内支撑绝缘筒。
6.5装置
为保证变压器装置质量，可选用实施卖方担任的装置方法，卖方有必要对整个装置作业质量担任。现场吊芯查看时要进行器身预紧力校核，保证变压器器身处于紧固状况。
6.6运转办理
鉴于现在运转变压器抗外部短路强度较差的状况，关于体系短路跳闸后的主动重合或强行投运，应看到其晦气的要素，不然有时会加重变压器的损坏程度，乃至失掉从头修正的或许。运转部分可依据短路毛病是否能瞬时主动消除的概率，对近区架空线(如2km以内)或电缆线路撤销运用主动重合闸，或恰当延伸合闸间隔时刻以削减因重合闸不成而带来的损害，而且尽量对短路跳闸的变压器进行实验查看。
6.7科研
运转单位、制作厂和资料厂应结合事端剖析严密协作，不断开发研发新工艺、新资料，改善产品规划，进步变压器抗短路才能水平，以满意运转需求。
总归，构成毛病或事端的要素较多，但变压器的结构规划和制作工艺仍是首要要素，在运转办理等环节中也暴露出一些问题。除了在结构方面尚存在一些没有充分知道的要素外，规划和工艺操作方面存在的问题值得制作厂及运转单位引起注重。
