如何提高變壓器抗短路能力的方法和措施

2018-03-18 點擊數(shù)：781

變壓器的抗短路能力強度是決定變壓器可靠性的關(guān)鍵因素之一，在變壓器的系統(tǒng)運行中，常常因為一些偶然、客觀因素的存在，會導致變壓器意外短路。因此，短路事故是不可能完全杜絕的，這就需要變壓器具備一定抗短路能力，一方面可以保證變壓器的正常使用壽命，另一方面可以提升電力系統(tǒng)的可靠性。
1 變壓器短路的危害
變壓器是所有電力系統(tǒng)中最為主要的電氣設(shè)備，隨著我國經(jīng)濟的進步，國內(nèi)電網(wǎng)的容量也在不斷上升，所安裝的變壓器臺數(shù)不斷增多，每臺變壓器的容量也在不斷增大，若出現(xiàn)短路事故，城市將面臨大面積的停電，不僅影響了人們的正常生活，還造成了大額的國民經(jīng)濟損失。變壓器出口短路時，大額的短路電流經(jīng)過變壓器的繞組，這會產(chǎn)生極大的電動力。一旦變壓器的抗短路能力不夠，便會導致繞組變形，繞組餅間、匝間相互劇烈的運動，會造成變壓器絕緣，引起內(nèi)部短路。同時，巨大的短路電流在流經(jīng)繞組時，會產(chǎn)生大額的損耗，讓繞組發(fā)熱，在短時間內(nèi)溫度驟升，導致變壓器絕緣老化，絕緣結(jié)構(gòu)遭到破壞，甚至可能熔斷導線，這將嚴重縮短變壓器的使用壽命，或直接損壞變壓器。對此，國家及IEC標準都要求變壓器具有一定的動、熱穩(wěn)定性，以保障變壓器能夠安全運行。分析近年來的國家電網(wǎng)公司變壓器事故可以看出，電力變壓器的事故主要原因是繞組的抗短路能力不足?，F(xiàn)在各電力公司都將變壓器的抗短路能力視為考核變壓器制造方的硬指標，這也促使變壓器的生產(chǎn)廠家不斷在設(shè)計、工藝、原材料和工藝上采取各種措施來提高變壓器的抗短路能力。
2 變壓器的動穩(wěn)定和熱穩(wěn)定
2.1 變壓器的動穩(wěn)定
在變壓器的線圈中，無可避免的存在著漏磁場，這會造成線圈中的導線在磁場的作用下生成電動力，電動力會隨著電流和漏磁場的變大而變大，當線圈短路時尤為嚴重。漏磁場可以分為輻向分量以及軸向分量，分別產(chǎn)生于線圈中的軸向力和輻向力。通過實踐證明當短路時，軸向力和輻向力共同作用是造成變壓器的線圈損壞最為主要的原因。軸向的漏磁場讓線圈生成輻向力，輻向力讓內(nèi)線圈承受由外向內(nèi)的壓力，讓外線圈承受由內(nèi)向外的張力，詳見下圖1，內(nèi)線圈導線受壓且外線圈導線被拉長。
一般的導線抗拉能力比抗壓能力要好得多，因此，繞組短路后會呈現(xiàn)出內(nèi)線圈導線出現(xiàn)強制變形的情況，詳見圖2。輻向力還會導致內(nèi)線圈產(chǎn)生螺旋形變，讓線圈沿著直徑方向收縮，這種情況在螺旋式內(nèi)線圈中尤為明顯。
輻向漏磁場會產(chǎn)生軸向力，而軸向力讓內(nèi)外線圈都承受軸向壓力。若所有的線圈都中心對稱放置，輻向漏磁將在內(nèi)、外線圈中都產(chǎn)生軸向的壓力，在內(nèi)、外兩個線圈均沿高度方向安匝均勻分布時軸向力將全部指向中間，并作用在中心線的墊塊壓力最大，如上圖1所示；從圖中可以看出，對稱區(qū)域的軸向力大小相同，方向相反，所以在軸向上的合力約為零，并沒有力作用在繞組外的結(jié)構(gòu)件上。事實上，由于制造時的偏差或者繞組的干燥過程中的不均勻收縮會導致變壓器的線圈在高度上會有一定的差異，同時，漏磁也會變得不再對稱分布，同時，隨著軸向上磁勢不平衡加大，軸向力會迅速增大，所產(chǎn)生的軸向力向上、下鐵軛方向，通過壓板、托板、壓緊裝置傳遞到鐵心夾件中。
2.2 變壓器的熱穩(wěn)定
變壓器所承受的短路熱穩(wěn)定，一般按國家標準規(guī)定的方法計算，通過計算，考核變壓器在短路時的耐熱能力。在計算式，短路電流持續(xù)的時間為2s，繞組起始溫度設(shè)定在環(huán)境溫度為：40℃，繞組溫升為：65K，計算繞組的的平均溫度，并與標準的規(guī)定值：銅繞組≤250℃、鋁繞組≤200℃，進行比較。
3 從設(shè)計和工藝方面提高抗短路能力
變壓器抗短路能力在很大程度上決定于設(shè)計、工藝以及制造。下面就變壓器不同的部件在工程中常用的抗短路措施做簡單的介紹
3.1 鐵心
承受短路軸向力的變壓器內(nèi)部框架由鐵心的拉板、上鐵軛撐板、下鐵軛的鐵心墊腳以及上、下夾件等構(gòu)成。為使內(nèi)繞組能夠緊附于該框架上，要嚴格控制鐵心柱的垂直度；鐵心疊片用環(huán)氧綁扎帶進行固化綁扎，鐵軛要用鋼化拉帶拉緊；短路的軸向力經(jīng)過繞組的壓緊裝置和托板傳遞到鐵心上夾件和下夾件的支撐件時要保證其有足夠的強度。拉板是承受繞組短路時軸向力的主要部件，應(yīng)采用低磁鋼板制造。鐵心的結(jié)構(gòu)件要緊固到位，確保在受到短路力時，各個部件不會松動或者移位，用來提高整個鐵心的強度。
3.2 線圈
線圈的設(shè)計應(yīng)采用半硬銅導線或者半硬自粘換位線。繞制時保證輻向緊實，控制好輻向偏差。內(nèi)線圈要帶4mm厚度以上的厚硬紙筒整體繞制，在繞制歉，要先對硬紙筒進行干燥或者噴油處理，用以保證線圈在干燥后，硬紙筒不會收縮變形，保證線圈內(nèi)撐條和紙筒的可靠接觸。繞好的線圈在35MPa的壓力下恒壓干燥，同時在此壓力下加減墊塊，以保證同相線圈的高度，加減位置要經(jīng)技術(shù)人員的認可，確保安匝平衡不會受到太大的影響。壓裝后進行噴油處理，以保證線圈不變形。
3.3 器身
器身要采用整套工藝，相間的空隙間加壓裝墊塊，詳見下圖3。
線圈和端圈在整套完畢后在規(guī)定的壓力下進行干燥、加壓，并在一定的壓力下套入鐵心，不能只靠自身重量套入，內(nèi)線圈和鐵心之間的紙筒和調(diào)節(jié)用的紙板在套裝前要進行干燥或噴油處理，同時進行有效的二次壓緊。線圈在套裝時各繞組的撐條與油隙撐條的沿輻要互相對正，繞組的墊塊和上下端的墊塊沿軸方向要相互對正，這樣才能保證繞組之間，力的有效傳遞。壓緊裝置在采用壓釘壓緊結(jié)構(gòu)時，壓釘和壓板之間的接觸面比較小，所以在變壓器短路時，短路力不能有效傳遞，通常會因為壓緊裝置的損壞而影響了變壓器的抗短路能力。若用上圖3所示的墊塊壓緊結(jié)構(gòu)，那么墊塊和壓板間的有效接觸面積就比壓釘增大了3倍左右，在壓裝后，器身和鐵心成為一個整體，可以有效的保證線圈的壓緊以及短路力從繞組到鐵心的傳遞，這樣就可以有效的放置短路時繞組上躥下跳的情況，從而提升了變壓器的抗短路能力。
3.4 引線
進行引線電動力的計算，確保短路時不發(fā)生由于引線變形導致的事故；導線夾材質(zhì)，除了由于電氣距離要用層壓紙板外，其他都選用層壓木；附加絕緣填充要緊實，讓引線與導線夾緊密接觸，為避免短路時由于引線振動引起的導線夾開裂，務(wù)必保證引線夾持牢固。
3.5 其他
對于變壓器的其他部件而言，也要充分考慮其抗短路能力；要對變壓器的油箱進行強度計算，確保其能承受短路時油體積膨脹的壓力。另一方面，變壓器主要是由手工生產(chǎn)，因此，操作工藝上的分散性會對變壓器的抗短路能力造成很大的影響，這就需要加強對操作者的培訓，規(guī)范其操作，強化制造過程的管理，樹立品質(zhì)意識等都是提高變壓器抗短路能力的重要措施之一。
4 結(jié)束語
以上便是提高變壓器抗短路能力的方法和措施的介紹，只有從根本原因入手，才能提高變壓器的抗短路能力，確保變壓器的安全運行。