电力变压器短路损坏分析

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1、第26卷第1期福建电力与电工ISSN1006-01702006年3月FUJIANDIANLIYUDIANGONGCN35-1174/TM电力变压器短路损坏分析施广宇蒋良胜(福建省电力试验研究院，福州福州350007)摘要：通过对电力变压器短路时的电流、电动力的计算分析，提出电力变压器在设计、选材、工艺等方面提高绕组机械强度的措施。关键词：电力变压器；短路损坏；绕组变形；抗短路能力中图分类号：TM41文献标识码：B文章编号：1006-0170（2006）01-0003-04压侧短路；1前言（3）短路持续时间和短路电流均未超过规定值。电力变压器在运行中一旦发生出口短路，其短变

2、压器发生出口短路时，保护均正常动作，同时都在路电流产生的巨大电动力，对变压器危害极大。因2s内切除故障，短路电流倍数都小于规定值；此，国家标准和IEC标准均对电力变压器承受短路（4）大多数是低压绕组损坏。绕组呈“梅花”或能力作了相应规定，要求电力变压器在运行中应能“凸轮”状变形，甚至造成低压绕组匝间短路；承受住各种短路事故。据统计：全国1995—1999年（5）损坏程度严重。变压器绕组发生明显变形，110kV及以上变压器短路损坏事故占事故总台次有的绕组绝缘烧损、导线烧断，都要更换绕组，修复的44%，福建省1997—2002年110kV及以上变压时间长，费用高。器短路损坏9

3、台次，占事故总台次的64%。因机械3变压器短路时动热稳定分析强度不够引起事故，已成为电力变压器损坏的首要原因，严重地影响了变压器的安全运行，也对电网的变压器的短路性能是指变压器承受动态和稳态安全造成威胁。短路电流的冲击能力。当变压器发生突发短路时，各本文从变压器出口短路时的电流、电动力的计绕组间同时流过数倍于额定电流的短路电流，产生算分析入手，分析变压器损坏的原因，从中对变压器强大的电动力，造成变压器动稳定失衡，变形，直至结构设计、制造工艺、选用材料等环节提出要求，以内部短路损坏。若变压器短路时间过长（一般是保护供参考。拒动），即使短路电流的冲击没有使绕组发生变形，但大电

4、流长时间的作用也会使绕组严重发热，绝缘2变压器短路损坏简况材料被破坏，同时绕组铜线变软，最后导致绕组变1997—2002年是福建省变压器短路损坏事故形。的高发期，该时期内省网110kV及以上变压器发生3.1短路电流计算与动稳定性能事故14台次，其中因出口短路造成变压器损坏的有当变压器发生突发短路时，其简化等值电路如9台次，占事故总台次的64%，变压器抗短路强度图1所示。不够是导致变压器损坏的主要原因，其损坏的特点如下：（1）运行年限短。损坏的9台变压器中有8台次是1993年以后制造投运的，运行时间最短的仅投运3个月；（2）出口短路是诱发原因。变压器损坏都是由于出口处发生短

5、路引起的，其中7台次是在变压器低图1变压器突发短路简化等值电路-3-短路电流瞬时值ik，可（1）式表示：般会在2s内切除故障，从热稳定角度考虑应能承rK-·t受住。从目前变压器短路损坏的统计来看，主要是动UlKi=i′+i″=1m［-cos(ωt+φ)+cosφ·e］（1）k00Zk稳定失衡引起的。式中i′——短路电流稳态分量的瞬时值；4变压器短路时电动力分析i″——短路电流暂态分量的瞬时值；U1m——系统电压；变压器出口短路时，各绕组同时流过短路电流，Zk——短路阻抗；并在绕组周围产生漏磁场，两者相互作用将产生电r——短路电阻；动力。kl——短路电感；4.1等高双绕组漏

6、磁场分布及电动力kφ0——突然短路时的电源电压u1的初相角。为了分析方便，一般将漏磁场分解为2个分量，当φ0=0，即电压过零时短路，ik达最大值，（1）式即沿绕组轴向分量Ba和沿绕组辐向分量Br。可简化为（2）式：当变压器出口短路时，绕组中电流与漏磁场的rK-·t相互作用，按“左手定则”产生的电动力如图3所示。UlKi=1m(1+e)=!2·k·i（2）kmkZk式中k为计算试验电流的初始偏移系数，而!2考虑了正弦波峰值与方均根值之比。短路电流的波形如图2所示。图3等高双绕组漏磁分布及电动力大小示意图（a）轴向漏磁分布；（b）辐向漏磁分布F为作用于高低压绕组的辐向电动力企

7、图扩张r图2变压器短路电流波形外面的绕组，而压缩里面的绕组；而轴向力Fa企图根据GB1094.5—2003，变压器承受短路能力沿绕组高度方向把它压缩。当双绕组高度相等、安匝平衡时，其辐向力F和轴向力F是一对大致大小相的验证是以三相短路电流为依据，其计算公式为raU等、方向相反的电动力。只要导线本身硬度足够、内Ik=（3）!3(Zk+Zs)外支撑、上下压紧情况下，短路冲击电动力一般不会式中Z——系统短路阻抗；使绕组发生轴向或辐向失稳。kZs——变压器的短路阻抗。4.2高度不等双绕组漏磁分布及电动力由式（3）可以得出以下结论：高度