电力变压器绕组的形变分析与方法

电力变压器绕组的形变分析与方法

林鑫彤

国网内蒙古东部电力有限公司通辽供电公司 内蒙古 通辽 028000

摘要：目前在电网中电力变压器作为最主要的电力设备之一，是非常重要的。其工作状态的安全、可靠性会直接影响了电网整体的电能供应。现如今，科技不断进步，我国国民经济也有了飞跃式提高。所以人们对电力供应的安全可靠性性能的要求越来越高，电力安全在工业的主导地位上显得尤为重要。另外，大家对于电量的需求也在日益增多增，从而电力变压器也逐渐向着更高电压和功率的方向发展中。

引言：变压器运行过程中，可能受到电磁力或机械冲击，导致绕组在轴向和径向上变形，进而导致变压器故障，影响电网的经济安全运行。因此，有必要对变压器绕组位移和变形进行检测，预防绕组变形进一步恶化，从而最大限度地保证变压器不发生故障。文章进一步探究发生短路时，电力变压器绕组形变的过程，并从绕组结构状态的改变、材料属性、励磁涌流几个方面，对绕组形变的影响进行了探究，最后，分析出了改善变压器绕组形变问题的一些对策，以减小变压器在短路时绕组发生剧烈形变对设备本身以及电力系统所造成的危害。

依据《电力变本器统组变形的电机法检测判导则》DUT1093-2008)附录A“绕组变形检测与变压器承受短路次数的规定”，当变压器遭受外部短路冲击达到规定值时(如表1所示)为防止变压器绕组变形诱发事故,应及时安排检测。依据附录 A短路计算结果和故障录波器实测短路电流值，本次短路电流比率已超出95%;鉴于该分支已发生过一次相同位置的UW相短路故障，且高厂变对发电厂的重要程度,记近端短路冲击2次,应尽快开展绕组变形相关检测试验。为防止短路冲击已经造成变压器绕组变形和早期短路故障，立即进行了变压器油色谱试验，并在第4d10d30d跟踪了油色谱情况，试验均合格，变压器监视运行。

1.短路力及其潜在后果

短路会对变压器绕组和机械结构产生巨大的作用力。短路期间的漏磁场分析表明，短路力可分解为径向和轴向分量。径向漏磁主要在绕组端部，并在绕组上产生轴向力。这可能导致高压绕组相对于低压绕组发生轴向位移。沿轴向穿过铁芯窗口的漏磁将在高压绕组上产生向外的径向力，在低压绕组上产生向内的径向力。向外的径向力本质上是拉力，可拉伸导线或断开不良接头，从而导致绕组故障。导体材料抗拉强度相对较高，由于拉伸应力导致的外部绕组故障不太可能发生。然而，向内的径向力作用在低压绕组上，会导致低压绕组变形，称为径向屈曲，是常见的绕组故障。

1．1 低压绕组的径向屈曲模态

当低压绕组的支撑结构具有比低压绕组导线本身更大的刚度时，在压缩应力下，绕组导线可能在每个垫片之间向铁芯弯曲。这称为强制屈曲，低压绕组中的强制屈曲将导致高压和低压绕组之间的平均距离增加。这将导致高压到低压绕组间电容降低。相反，由于低压绕组和铁芯之间的平均距离减小，因此低压绕组到铁芯的电容也相应增加。同时，绕组变形也会影响漏感特性。当导体的刚度高于绕组支撑结构时，会出现自由屈曲的屈曲模态。在这种情况下，绕组可沿圆周向内和向外弯。

1．2 低压绕组向外径向屈曲的模拟

由于变压器的成本很高，低压绕组径向屈曲的研究是破坏性的。因此，为了获得不同绕组变形程度下的 FＲA 数据，本文采用非破坏方法模拟低压绕组中的“屈曲”，“屈曲”本质上是暂时的，以便在测试程序结束时将变压器恢复到其原始状态。绕组屈曲会引起绕组漏感及其电容参数的变化，其中电容的变化更容易以无损方式实现。按 2．1 节的分析可知，模拟低压绕组屈曲引起的电容变化需要能够降低高压至低压绕组电容并增加低压绕组至铁芯电容。

1.3高厂变绕组变形的处置

受变压器返厂大修的运输条件、检修工期等因素影响,变压器不具备返厂修复条件，决定在现场对绕组进行简单复位并监视运行。另外，考虑到高压侧绕组和低压侧B分支V相绕组变形无法检查处置、变压器绝缘纸板垫块等老化、容量不满足实际需求的影响，以及现场修复时千斤顶无法达到制造厂上百吨压紧装置对绕组压紧固定的效果、变压器短路阻抗整体增大、绕组抗短路能力进一步弱化的现状,同步启动变压器的更新改造工作，对变压器进行整体更换。

2.意见和建议

对于系统的区外故障，只有继电保护专业通过定期检查故障录波器,才能发现变压器所承受的短路电流值和时间而这2个数据恰恰是电气一次专业对变压器开展状态分析的关键。因此，建立变压器短路冲击台账记录，并定期向电气一次专业通报数据非常重要，应健立完善类似机制。根据台账记录,适时开展变压器状态评估，做好短路冲击后的诊断试验,对防范变压器绕组变形诱发短路事故意义重大,应加以重视。对遭受冲击后的主变压器，应采取变更中性点运行方式、提高继电保护动作可靠性和快速性、采取措施避免短路频次等手段，避免变压器再次遭受冲击，这也是防范大型变压器事故的关键。作为输电或配电系统电源变压器,为电网或发电厂厂用电提供电源。输电网和厂用配电网系统庞大、设备众多故障发生的频次较高;每一次发生故障,流过变压器的故障电流都会对变压器绕组产生热和力两方面的影响，极有可能造成绕组股线焊点开焊、线包局部或整体变形、铁芯受损等后果;线包的局部或整体变形，会进一步诱发变压器匝间、相间或高低压绕组之间的短路故障,严重威胁变压器的安全运行。为防止大型变压器因近端短路后绕组变形诱发变压器事故，国家能源局编制的《防止电力生产事故的二十五项重点要求1中,对变压器近区突发短路后的检查要求做了规定。

3. 结束语

变压器是发电厂和电网输配电系统的关键设备，做好变压器的状态分析对保障变压器安全运行、保证供电稳定意义重大。只要运维人员时常密切关注影响设备安全的各项动态参数，并认真严格落实各类规程要求，就能从根本上确保主设备安全稳定运行。

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