变压器短路线圈机械强度研究及短路试验技术

变压器短路线圈机械强度研究及短路试验技术

盈文亮

天津市特变电工变压器有限公司天津300308

摘要：对于变压器短路机械强度的研究要进行受力情况分析和相应的力学计算，使用定量与定性相结合的模式，在进行短路试验技术调整过程中，需要对整个环节进行合理设置，选择恰当的试验条件，合理确定判断标准，然后针对性进行防控措施的制定，提高线路的抗短路能力。

关键词：变压器；短路线圈；机械强度；短路试验技术

1短路情况下的线圈受力分析

首先，要对短路电流进行合理确定。在变压器处于运行模式下，如果因某种因素导致线端或者系统突然短路，则要对短路电流的峰值进行合理定位，具体计算公式如式（1）所示。

（1）

式中：Ikf为短路发生时电流的峰值，Ik为短路电流稳定后的数值。可以将Ikf定位于Ik短路电流产生后非周期衰减量迭加后的最大值，由于Ikf所产生的电动力发生瞬时作用，但是并不会产生损伤，从而使线圈可以承受突然间的短路电流。

其次，分析线圈受力情况。载流导线在磁场中受到的电动力在确定时主要依据左手定则，将左手伸开，磁场正方向需要从掌心的正面穿过，电流正方向以食指的指向为准，拇指指向属于电动力正方向。通常情况下，在发生短路时，线圈损坏的原因主要有以下三种，分别是处于正常运行状态下电动力引发的损坏问题、发生突然短路时由幅向电动力导致的损坏和突然短路时由轴向电动力引起的损坏。

载流导线在磁场中所受的电动力由左手定则确定：纵线磁场线纵线分量在导线上产生的电动力为横向力，横向力使高压（外部）线圈向外拉，低压（内部）线圈向内压，即企图将高压线圈直径拉大（导线受力拉）和将低压线圈直径压缩（导线受力压）；导线端部幅向漏磁在导线上产生纵线电动力，企图将高低压线圈的高度压缩；幅向漏磁场也有弯曲，其横线分量在导线上产生纵向电动力，其反向沿线圈高度变化。

2短路试验技术

2.1短路方式以及试验电源的选择

在进行短路方式选择过程中，通常情况下有两种，其一是预先短路法，在操作过程中，对变压器的二次侧预先进行短路或者是直接将断路器开关闭合，然后在一次侧进行励磁处理，属于预先处理模式。其二是后短路法，在实际操作过程中，将变压器一次绕组施加励磁电压，电压值要适当，对于二次绕组，需要实现短路状态，主要的方式是通过短路装置来完成这一目的。

对于试验电源，要根据变压器的容量来确定，通常情况下，小容量变压器使用的是三相电源，单相电源也可应用其中。而对于大容量变压器则只能使用单相电源。对于电压施加的方向，如果绕组处于三角形联结状态，单相电源应该在三角形两个角的位置上，如果绕组处于星形联结模式，电压施加方向为一个线段与其余两端连在一起。

2.2短路试验的标准

对于短路试验的标准，当前国内产品均使用GB1094.5—1985标准实验，出口产品则是根据IEC76.5—1976。

2.3试验合格的判定

在进行试验是否合格的判定过程中，需要保证试验条件的合理性，根据试验结果，比较波形图和电抗值、进行电气试验、进行外观检查和吊心检查、还可以采用一些辅助性措施，比如说低压脉冲法和频率响应法等。

3提高抗短路能力的措施

3.1进行设计优化

1）精准化计算。机械力大小会受到安匝平衡情况的影响，所以，需要使用计算机系统进行优化设计，降低安匝平衡分区，在每个区域布置大油隙，进行电抗高度的分区控制，导线宽厚比设置科学，降低绕制系数。

2）绕组形式设置。需要对连续式绕组的换位模式进行改进，提高并绕的数量，增强应用范围。

3）压板设置。使用木压板降低漏磁损耗，并根据变压器的容量进行压板厚度设置，幅向尺寸合理，适当增加压钉数量，确保压钉位置设置科学。

4）电磁力方面。这一影响具有不可回避的特性，只能尽量降低，根据有关规定，铜材质导线允许的最大应力为150kN/mm2，导线单位面积的总应力应保持在不超过最大允许值的80%。

3.2进行工艺优化

1）线圈绕制方面。垫块使用的是密化倒角的处理模式，根据分区电抗高度的有相关规定，对游隙垫块采取分区控制的模式，压缩系数必须要统一标准，保存地点为温室，使用时可以根据具体需求及时供应，使用气动拉紧装置，保证线圈绕制的密实度，对于幅向高度需要控制在±1.0mm范围内。保证低压线圈出头固定，不能出现回弹现象，在内部设置强度较高的硬纸筒保证绕组幅向套紧，增强压紧力。

2）对轴向振动的固有频率进行调整。具体如式（2）所示。

（2）

式中：M和k分别为系统质量矩阵的刚度矩阵；z为系统位移列阵；Z为系统加速度列阵。在这一过程中，要保证轴向预紧力科学合理，使轴向振动各阶固有频率不会出现100Hz和50Hz，进行短路强度的提升。

3.3提升放电线圈二次回路保护的全面性

在放电线圈实际运行的过程中，电容装置中的内外丝、过压过流保护、失压过流保护以及不平衡保护等，对放电线圈二次短路无法起到保护作用。由此可以看出，在保护放电线圈二次短路的过程中，需要注意放电线圈二次短路保护的全面性。例如，为了保证放电线圈的运行安全，电容器组与放电线圈之间不能安装开关或者熔断器等隔离设备，这种方式能够保证放电线圈在实际运行中电流传输的稳定性。另外，在放电线圈中安装保护隔离装置也可以提升放电线圈二次短路的保护质量，在此过程中，隔离装置能够在第一时间切除放电线圈中存在的运行故障，对放电线圈的放电功能以及性能不产生影响，同时还能够提高设备运行的稳定性。如果放电线圈发生二次短路，则放电线圈中原有的相电压差动保护装置的功能已经丧失，利用隔离装置能够对放电线圈进行保护，由此可以看出隔离装置对放电线圈二次短路保护的重要作用。

另外，在设计放电线圈的过程中，不能随意更改其中的接线保护方式，在修改的过程中，需要研究该种方式的可行性以及严谨性，避免在更改的过程中出现二次回路。如果放电线圈在电容装置中的作用仅为放电，则不应设置二次线圈。电容器装置在正式投入使用之前，需要对放电线圈的极性以及接线的正确性展开检查，同时检验出口端子连接的二次回路是否出现短路，在完成以上检测之后，电容装置才能正式投入使用。

3.4安装低压快速空气开关

低压快速空气开关的安装位置应该是在放电线圈的出口侧，在实际运行的过程中，该开关始终处于闭合状态，如果出现放电线圈二次短路，则开关会在第一时间实施开关动作，进而消除其中存在的故障。同时，低压快速空气开关的闭合点会与报警装置相互连接，发出相应的报警信号，放电线圈中央控制室在接到报警信号之后会采取相应的控制措施，最终对放电线圈二次短路安全隐患进行排除。由此可以看出，在放电线圈中安装低压快速空气开关，能够对放电线圈二次短路起到良好的控制作用，同时还能在第一时间发出警报，最终达到提升放电线圈二次短路控制质量的目的，保证放电线圈以及电容装置运行的安全性。

结论

综上所述，随着人们对放电线圈二次短路的关注程度越来越高，如何提升放电线圈的运行质量，成为有关人员关注的重点问题。本文通过研究放电线圈二次短路保护技术发现，对其进行研究，能够有效提升放电线圈的运行质量，同时降低放电线圈二次短路情况的发生概率。由此可以看出，研究放电线圈二次短路的保护措施，有利于今后放电线圈二次短路的发展奠定基础。

参考文献：

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