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1、第26卷第1期福建電力與電工ISSN1006-01702006年3月FUJIANDIANLIYUDIANGONGCN35-1174/TM電力變壓器短路損壞分析施廣宇蔣良勝(福建省電力試驗研究院，福州福州350007)摘要：通過對電力變壓器短路時的電流、電動力的計算分析，提出電力變壓器在設(shè)計、選材、工藝等方面提高繞組機械強度的措施。關(guān)鍵詞：電力變壓器；短路損壞；繞組變形；抗短路能力中圖分類號：TM41文獻標識碼：B文章編號：1006-0170（2006）01-0003-04壓側(cè)短路；1前言（3）短路持續(xù)時間和短路電流均未超過規(guī)定值。電力變壓器在運行中一旦發(fā)生出口短路，其短變
2、壓器發(fā)生出口短路時，保護均正常動作，同時都在路電流產(chǎn)生的巨大電動力，對變壓器危害極大。因2s內(nèi)切除故障，短路電流倍數(shù)都小于規(guī)定值；此，國家標準和IEC標準均對電力變壓器承受短路（4）大多數(shù)是低壓繞組損壞。繞組呈“梅花”或能力作了相應(yīng)規(guī)定，要求電力變壓器在運行中應(yīng)能“凸輪”狀變形，甚至造成低壓繞組匝間短路；承受住各種短路事故。據(jù)統(tǒng)計：全國1995—1999年（5）損壞程度嚴重。變壓器繞組發(fā)生明顯變形，110kV及以上變壓器短路損壞事故占事故總臺次有的繞組絕緣燒損、導(dǎo)線燒斷，都要更換繞組，修復(fù)的44%，福建省1997—2002年110kV及以上變壓時間長，費用高。器短路損壞9
3、臺次，占事故總臺次的64%。因機械3變壓器短路時動熱穩(wěn)定分析強度不夠引起事故，已成為電力變壓器損壞的首要原因，嚴重地影響了變壓器的安全運行，也對電網(wǎng)的變壓器的短路性能是指變壓器承受動態(tài)和穩(wěn)態(tài)安全造成威脅。短路電流的沖擊能力。當變壓器發(fā)生突發(fā)短路時，各本文從變壓器出口短路時的電流、電動力的計繞組間同時流過數(shù)倍于額定電流的短路電流，產(chǎn)生算分析入手，分析變壓器損壞的原因，從中對變壓器強大的電動力，造成變壓器動穩(wěn)定失衡，變形，直至結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造工藝、選用材料等環(huán)節(jié)提出要求，以內(nèi)部短路損壞。若變壓器短路時間過長（一般是保護供參考。拒動），即使短路電流的沖擊沒有使繞組發(fā)生變形，但大電
4、流長時間的作用也會使繞組嚴重發(fā)熱，絕緣2變壓器短路損壞簡況材料被破壞，同時繞組銅線變軟，最后導(dǎo)致繞組變1997—2002年是福建省變壓器短路損壞事故形。的高發(fā)期，該時期內(nèi)省網(wǎng)110kV及以上變壓器發(fā)生3.1短路電流計算與動穩(wěn)定性能事故14臺次，其中因出口短路造成變壓器損壞的有當變壓器發(fā)生突發(fā)短路時，其簡化等值電路如9臺次，占事故總臺次的64%，變壓器抗短路強度圖1所示。不夠是導(dǎo)致變壓器損壞的主要原因，其損壞的特點如下：（1）運行年限短。損壞的9臺變壓器中有8臺次是1993年以后制造投運的，運行時間最短的僅投運3個月；（2）出口短路是誘發(fā)原因。變壓器損壞都是由于出口處發(fā)生短
5、路引起的，其中7臺次是在變壓器低圖1變壓器突發(fā)短路簡化等值電路-3-短路電流瞬時值ik，可（1）式表示：般會在2s內(nèi)切除故障，從熱穩(wěn)定角度考慮應(yīng)能承rK-·t受住。從目前變壓器短路損壞的統(tǒng)計來看，主要是動UlKi=i′+i″=1m［-cos(ωt+φ)+cosφ·e］（1）k00Zk穩(wěn)定失衡引起的。式中i′——短路電流穩(wěn)態(tài)分量的瞬時值；4變壓器短路時電動力分析i″——短路電流暫態(tài)分量的瞬時值；U1m——系統(tǒng)電壓；變壓器出口短路時，各繞組同時流過短路電流，Zk——短路阻抗；并在繞組周圍產(chǎn)生漏磁場，兩者相互作用將產(chǎn)生電r——短路電阻；動力。kl——短路電感；4.1等高雙繞組漏
6、磁場分布及電動力kφ0——突然短路時的電源電壓u1的初相角。為了分析方便，一般將漏磁場分解為2個分量，當φ0=0，即電壓過零時短路，ik達最大值，（1）式即沿繞組軸向分量Ba和沿繞組輻向分量Br?？珊喕癁椋?）式：當變壓器出口短路時，繞組中電流與漏磁場的rK-·t相互作用，按“左手定則”產(chǎn)生的電動力如圖3所示。UlKi=1m(1+e)=!2·k·i（2）kmkZk式中k為計算試驗電流的初始偏移系數(shù)，而!2考慮了正弦波峰值與方均根值之比。短路電流的波形如圖2所示。圖3等高雙繞組漏磁分布及電動力大小示意圖（a）軸向漏磁分布；（b）輻向漏磁分布F為作用于高低壓繞組的輻向電動力企
7、圖擴張r圖2變壓器短路電流波形外面的繞組，而壓縮里面的繞組；而軸向力Fa企圖根據(jù)GB1094.5—2003，變壓器承受短路能力沿繞組高度方向把它壓縮。當雙繞組高度相等、安匝平衡時，其輻向力F和軸向力F是一對大致大小相的驗證是以三相短路電流為依據(jù)，其計算公式為raU等、方向相反的電動力。只要導(dǎo)線本身硬度足夠、內(nèi)Ik=（3）!3(Zk+Zs)外支撐、上下壓緊情況下，短路沖擊電動力一般不會式中Z——系統(tǒng)短路阻抗；使繞組發(fā)生軸向或輻向失穩(wěn)。kZs——變壓器的短路阻抗。4.2高度不等雙繞組漏磁分布及電動力由式（3）可以得出以下結(jié)論：高度
