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摘要：电子变压器作为电子设备中最为重要的器件之一,其运行的稳定性直接关系到电子设备能否正常供电。实际应用中变压器出现的故障有很多种，其中由于线圈匝间短路造成的质量问题屡见不鲜。当线圈发生较轻微的匝间短路时，变压器仍能够运行，若长时间运行就会导致变压器烧毁，甚至损坏其他器件。笔者结合自身的工作经验,举例对电子变压器匝间短路问题的分析过程及处理情况做了阐述。
关键词：电子变压器；线圈；匝间短路
1变压器匝间短路的故障机理
变压器发生匝间短路初期，一般会在绕组间形成局部短路，此时由于短路较轻微，故障不明显。但随着变压器工作时间的加长，短路程度会逐渐恶化。被短路的绕组中流过很大的短路电流，然后会反射到另外一个绕组（初级短路会反射到次级，次级短路会反射到初级），导致线圈严重发热，变压器自身的损耗增加，绝缘材料的性能大幅下降，最终导致整个变压器损坏。
一般情况下，变压器发生匝间短路时，故障程度与线圈绝缘材料受损程度、承受的环境应力和工作时间长短的差异性有关。
2变压器匝间短路的原因
电子变压器发生匝间短路的原因主要分两大类：（1）变压器线圈自身绝缘性能存在问题。这种问题主要是在线圈加工过程中造成，比如：漆包线漆膜损伤、绕组层间绝缘损伤和绕组间有多余物等原因。（2）变压器外部工作环境异常。该问题一般是由于变压器输入电压过高或者负载过重造成。变压器在过电压或过负荷的条件下工作，会造成输入或者输出电流过大，线圈大量发热，造成线圈绝缘性能下降，直至损坏。再者，如果变压器长时间工作在比较潮湿的环境中，会导致变压器线圈受潮，线圈层间的绝缘性能下降，从而导致匝间短路发生。
3变压器匝间短路的实例
3.1故障情况概述
2018年公司接到顾客反馈，我公司生产的3只某型号环形变压器，在整机环境试验过程中变压器初级电流突然增大，导致设备停机保护。更换变压器后，整机恢复正常工作。
3.2原因分析
对故障变压器进行解剖分析，结果发现变压器次级4-5-6-7绕组发生匝间短路现象，见图1。该型号环形变压器的电原理图见图2。变压器使用的磁环大小为φ31×18×7，4-5-6-7绕组使用的漆包线规格为QZ-2/130L 0.120。绕制漆包线时，磁环内圈单层平排密绕4-5段450匝，然后5-6-7段40匝漆包线直接搭接在第一层漆包线上，两层漆包线间没有用绝缘材料隔离，绕组结构图如图3所示，Ⅱ区为漆包线搭接区域，其余未搭接区域定义为Ⅰ区。
图1 匝间短路故障点 图2 变压器电原理图 图3 变压器绕制示意图
变压器在工作时，4-7端输出瞬时电压最高约为940V。Ⅰ区中绕组匝间电位差小，相邻两匝之间的电位差约为2V；在Ⅱ区中，绕组同层匝间电位差仍约为2V，但两层之间的电位差较高，约为900V-940V。
通过解剖分析，发现故障的3只变压器发生匝间短路的位置均在Ⅱ区。
变压器4-5-6-7绕组使用的QZ-2/130L 0.120漆包线，根据GB/T 6109.1-2008《漆包圆绕组线》相关规定，其击穿电压大于2800V。漆包线能承受2800V的介质耐电压，但是并不表示漆包线间能够在2800V下长时间工作。因为当线圈绕组中存在导线直接接触的现象时，导线直接接触点的电场强度会明显高于包裹有绝缘材料的其它部位。一旦绕组间出现较高的电压差，则会在漆包线直接接触的地方产生局部放电。
局部放电具有放电能量小、对绝缘的危害逐渐加大的特点，放电早期不形成贯穿性通道，但放电会产生热量，使介质出现温度升高，同时会产生一些活性气体，对绝缘有腐蚀作用，持续发展造成绝缘损伤，最终造成击穿。
通过调查分析，认为造成本次环形变压器在工作过程中匝间短路的原因为：线圈4-5-6-7绕组在Ⅱ区的层间电压最高约940V的高压，两层漆包线间没有绝缘材料隔离，仅靠漆包线漆膜绝缘，导致直接接触的2层漆包线发生放电现象，长时间工作时会导致漆包线漆膜从薄弱处损伤，直至击穿。
3.3 采取措施
针对本次产品问题，我们采取了2项措施进行纠正：（1）在4-5-6-7绕组重叠区域增加层间绝缘；（2）在4-7端进行1000V匝间耐压冲击试验，进行筛选。
4匝间短路问题的检测
目前国内外的学者已经做了大量的有关变座器匝间短路的研究，形成了比较系统的理论体系，提出了比较成熟的检测方法，主要有漏电感法、感应电流比法、功率损耗法、脉冲波形比较法等。
在这里主要介绍“脉冲波形比较法”，该方法是利用脉冲电压对线圈绕组进行高效、非破坏性的等效过电压模拟试验，来检验绕组对称、平衡情况，以判定线圈是否存在匝间短路问题。
通过匝间耐压测试仪对标准线圈进行脉冲电压冲击、采集并保存所产生的振荡曲线。然后，对被测试线圈绕组施加与标准线圈相同的脉冲电压并采集其振荡曲线、通过该曲线与标准曲线之间的比较,测试出被测线圈与标准线圈之间的电感、品质因数的差异、以及绕组的圈数差、匝间短路等不良状况。
当线圈绕组内部由于种种原因发生线圈间短路故障时，会形成短路匝，将明显地改变线圈的电感，电容和电阻等各项参数，另外有一些线圈存在着尚有一定绝缘程度的匝间绝缘薄弱点，如果没有太高的电压去冲击，其薄弱点就不会被击穿，线圈绕组的电感，电阻和电容等参数在通常情况下也不会出现明显的异常，这样的话，薄弱点就不会被发现，因而通常情况下无法观察到这样隐患故障。对于这种情形，只有当试验电压超过绝缘薄弱点的耐压值时，才会造成匝间绝缘击穿，产生火花放电，伴有放电声和臭氧等，同时其电感L、电容C和电阻R将会明显改变，相应地会改变冲击试验脉冲电压在绕组中的衰减振荡频率和衰减速率，所产生的曲线与标准曲线也就会出现较大的偏差，两条曲线差异程度反应了被测线圈绕组匝间绝缘故障的严重程度。
该试验方法简单、操作方便、数据准确，被测件与标准件的可比性强等缘故，广泛被应用于电机、变压器、继电器及含有电磁线绕组的匝间、层间绝缘强度试验。而且该方法在被测线圈上施加的高压脉冲信号信号时间短、能量小，属于无损试验。
5结语
通过实例分析，可以看出变压器匝间短路问题引起的后果比较严重，而且故障程度与承受的环境应力和工作时间长短有关，故障现象不会立即显现。为此，需要从产品设计和加工工艺过程进行控制，从源头防止产品出现匝间短路问题。
同时，利用“脉冲波形比较法”对线圈进行匝间耐压冲击试验，可以简单有效的筛选出存在隐患的线圈，提高产品质量，降低风险。
参考文献
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[2]周睿,王群京,李国丽.变压器匝间短路分析及研究[J].安徽科技，2012,(07):41-42.
[3]党永成.变压器内部短路故障的分析及处理[J].农村电气化，2016，(03):35-37.
论文作者:张勤飞
论文发表刊物:《电力设备》2019年第10期
论文发表时间:2019/10/21
标签：绕组论文; 变压器论文; 线圈论文; 漆包线论文; 电压论文; 故障论文; 脉冲论文; 《电力设备》2019年第10期论文;