理解电力变压器绕组股间短路的试验判定法

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1、第!"卷第#期&’()!"-’)#$%%$年#月!"#$%&’"()"*+(,$%%$电力变压器绕组股间短路的试验判定法姚缨英!，常挥"，谢德馨!，孙立时"（!#沈阳工业大学电气工程学院，辽宁沈阳!!""#$；#%沈阳供电公司试验所，辽宁沈阳!!"""!）摘要：应用场路耦合有限元分析法建立了变压器空载试验和短路试验数值分析模型。对绕组存在股间短路时的电磁场进行了计算。给出了判定股间短路的计算机仿真结果。关键词：电力变压器；绕组；有限元分析；短路中国分类号：$%&’(文献标识码：)文章编号：!’’!*+&",（"’’"）’-*’’!(*’&存在股间短路，但进一步判定

2、股间短路的类型和位!概述置还有待于进一步研究。变压器制造和使用部门经常会遇到变压器绕"变压器试验及计算机仿真组股间短路的问题。股间短路是指并联导线之间由于绝缘破坏而产生的短路。绕组股间短路会在短路"#!变压器空载试验及其数值分析模型处形成局部过热。如果变压器长期带缺陷运行，会变压器空载试验电路接线图如图!所示。为了降低变压器的绝缘强度，产生局部放电，从而缩短在考虑外部系统对变压器约束的同时准确反映变压变压器的寿命，甚至导致变压器故障。因此，绕组股器内部磁场的分布，本文采用场路耦合有限元分析间短路的准确判定对于变压器的安全运行是十分方法求解变压器的磁场和绕组电流（如

3、图"所示）。重要的。在直角坐标系下，变压器内平行平面磁场的控制方由于绕组股间短路没有十分明显的特征，对变程为：压器的影响是通过长期局部过热效应反映出来的，!!"!!$"!"!!$!!$%"%&%’!(%!"&"因此没有有效的办法准确判定绕组股间短路。沈阳!!!!!#!#!$’%供电公司试验所根据多年对变压器的维护和检修式中!$——矢量磁位经验，感觉变压器的空载试验结果与绕组股间短路"——磁阻率现象似乎存在密切的关系，因此提出通过对变压器"——电导率进行空载试验来判断绕组是否存在股间短路这一"%——与第%个电压源相连绕组中的电流问题。但沈阳变压器责任有限公司则是在对

4、变压器&%——该绕组匝数进行短路试验时，发现存在绕组股间短路的变压器’%——绕组所占空间的截面积其短路试验不合格，而空载试验并无异常表现。为)*+了从原理上弄清楚绕组股间短路对变压器电磁性.,能的影响，以便提出有效的试验手段，在变压器故01/-障诊断时正确判定绕组股间短路现象，并进一步确2+3定短路的类型和短路点的位置，作者采用先进的电磁场分析计算工具，对变压器的空载试验和短路试图!变压器空载试验电路接线图验进行模拟，并建立绕组股间短路的有限元分析模型，对变压器绕组存在不同类型的股间短路时变压%%%器内部的电磁场分布和外特性作了分析和比较。本5()5(.5(/44

5、4文从试验状态下变压器的电磁场数值分析结果发现，绕组股间短路对空载电流和损耗不产生明显的’)(变压器端部约束（.(变压器有限元求解域影响。可以用短路试验的结果判定变压器绕组是否图"场路耦合有限元分析法模拟空载试验示意图万方数据第!期姚缨英、常挥、谢德馨，孙立时：电力变压器绕组股间短路的试验判定法!"受端部电压!"约束的绕组回路（线路中电阻和电感分别为#"和$"）中的电路方程为：%"!"#"!"!!"&’)&*+"!"##"&’(&’#$("%式中)&*——二维场沿轴向的等效长度"&’——单元&’的面积%"——第"个电流回路所包含的单元数!"——单元矢量磁位的平均值

6、%!——电源电压正弦变化的角频率在三相三柱变压器的)相低压绕组加试验电图.变压器短路情况下磁场分布（简化为单相）压，*相低压绕组加反向试验电压，+相低压绕组和式中，"#$0’。所有高压绕组开路，这样可以求出三相变压器空载将求解区域中各单元分析得到的结果叠加，就可得试验中)*相励磁、+相开路时的电磁场分布和空载到如下形式的复代数方程组：电流。/0"1’,’变压器短路试验及其数值分析模型"$%$#"$（.）1#!#三相变压器的短路试验电路接线图如图%所其中，平行平面场时，"#"""⋯"$2；轴对,$,’,%示。由场路耦合有限元分析，求得此时变压器中的称场时，"#"-"

7、"⋯"$2；!#"!!$2；##$$$’$%$’磁场分布如图-所示。从图-可见主空道附近的磁"##$2分别为高低压绕组的电流和端电压。解$’场分布基本不受其它相的影响。将图-的分布与简复代数方程组（3），可求出在端电压作用下的绕组电化为单相所求得的结果（图.）相比较可以发现，图流。中椭圆虚线所包围的区域内磁力线分布十分相近，因此可以忽略短路试验时相与相之间的影响，将三%有限元分析绕组股间短路的模拟方法相变压器简化为单相，按轴对称场进行计算。在圆绕组中的股间短路将原来首尾分别并联在一起柱坐标系下，与式（$）和（’）相对应的场方程为：的两股导线由一个短路点形成了两个短

8、路环。当两