周兴明 曲维
（特变电工沈阳变压器集团有限公司 辽宁沈阳 110144）
摘要：随着近年来我国电能需求量的逐年增加，变压器出现故障问题的可能也随之增加，其中较常见的问题是短路问题，出现此问题后会导致电力系统中部分电力设备无法正常运行。因此，如何提升变压器抗短路能力成为电力企业研究的重要内容。本文在此基础上主要研究了变压器短路线圈机械强度及短路试验技术，仅供参考。
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。
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电力变压器短路试验简述
GB1094.5－2008《电力变压器第5部分承受短路的能力》（等同于IEC60076－5：2006）是目前国内变压器产品短路承受能力试验现行所遵循的标准。根据此标准，短路试验可采用两种方式：（1）先短路法：即在变压器的二次侧预先短路，然后在一次侧进行励磁。这种方法为了尽可能地避免铁心饱和以及在试验最初的几个周期中产生过大的的磁化涌流叠加到短路电流上，而要求电源施加在离铁心柱最远的绕组上。此方法与IEEEStdC57.12.90－2010的12.2.1条“根据现有的电源电压，由于二次侧故障最严密反映了系统的故障状态，故应优先采用二次侧施加短路故障。”方法一致。（2）后短路法：即变压器一次绕组施加励磁电压，二次绕组利用短路装置进行短路的方式，如下图所示。这种方式更接近实际运行状态，与运行中变压器实际遭受短路故障一样，没有涌流的影响。
2.1高低突发短路试验
高低短路试验A、B、C相分别按设计电流的一定比例进行试验，试验冲击次数分别为23次、30次和15次，由于各相设计参数不同，所以分开分析与研究，下面以更接近常规产品参数的B相为例进行分析说明。考虑研究数据的准确性，本文以出现较大阻抗变化差值或变化率为临界失稳判断依据，而并非以国家标准对应此类变压器阻抗变化超过2%为失稳判断依据。从B相试验数据可以看出，电流达到110%设计耐受电流时，阻抗突然增加了0.3%，可以预想如果以110%设计电流再进行多次试验，阻抗可能出现非常大的变化，所以认为110%为临界失稳电流。使用同样的方法整理A相和C相数据，得出各相低压耐受电流值分别为设计值的100%、110%和90%，整理试验电流下的应力值。
2.2高中突发短路试验
与高低试验相似，高中短路试验A、B、C相冲击次数分别为33次、8次和16次，同理以更接近常规产品参数的C相为例进行分析说明。试验时冲击电流为95%设计值第二次时，阻抗突变，远超过标准要求值，可判断变压器已严重损坏。同理，A相和B相阻抗分别以22.95%和1.50%的突变损坏绕组，其对应试验耐受电流值分别为设计能力的105%和85%，整理试验电流下的应力值。
3提高电力系统中变压器抗短路能力的措施分析
电力变压器出现短路的原因主要包括雷击、继电保护拒动、误动及维护工作不到位等，在发生短路问题后电路运行电流会立即增大，使变压器会受到不同程度的损伤，笔者总结以往短路原因、借鉴相关资料提出以下提高措施。
3.1设计优化控制
开展绕组安匝平衡计算，并通过绕组短路电动力及导线许用应力计算校核，检验设计方案的可行性。根据设计经验，短路阻抗值设计时尽量选用标准正偏差，使目前计算轴向及幅向应力的方法更符合短路时力的分布与大小的实际情况。设计产品时不仅要保证绕组抗短路能力，而且还应根据配电变压器短路时出现的最大暂态电流计算动态机械力，作为抗短路能力方案评审的设计依据。开展方案优化设计，在保证短路阻抗和成本控制的前提下，优化设计思路，降低变压器损耗，提升电气绝缘性能，此外还应考虑变压器实际安装操作的便捷性。选用合适的结构和材料。如将变压器低压绕组导线截面增大，增大绕组中导线载流量，减小绕组短路电动力。
3.2合理应用继电保护系统及自动合闸系统
在电网系统中短路问题无法得到彻底消除，尤其是在10kV线路中更为明显，由于操作错误、外来物体进入或工作人员专业水平不均等原因都有可能导致线路出现短路故障。电力企业为了降低短路故障发生的几率，应根据实际情况和要求为主要依据配备相应的直流电源，确保操作不出现错误。针对变压器抗短路能力较低及短路跳闸后自动重合的问题，工作人员应对以上情况产生的原因进行全面分析，比如取消近区架空线和电缆线路中重合闸，并根据实际情况对合闸间隔时间进行延长，降到其对设备产生的影响。
3.3加强变压器现场施工管理及后期维护的力度
在变压器安装前，工作人员需对其质量和各个方面性能是否达标进行仔细检查，如果在有质量问题需及时与生产商联系，及时进行处理，如果问题较为严重则要求其更换全新的变压器，禁止安装有问题的变压器；严格按照生产商提供的说明书及要求展开安装工作，保证其后期安全、稳定运行。变压器运行过程中易受到自身及外界因素的影响，电力企业需根据所在区域电能的需求量及有关规定制定科学、合理的维护计划，通过检修维护工作对变压器实际运行状态进行了解和掌握，对出现的问题需在现场展开排查，共同制定最佳的处理方案，保证出现的问题能在最短的时间内得到解决。
4结束语
总之，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。
参考文献：
[1]何东升，苗本健，姚云涛.基于GB和IEC及IEEE标准探讨变压器短路试验及计算方法[J].电气开关，2017，5501：20-22+27.
[2]杨毅，张楚，刘石，杜胜磊，李力，杨贤.基于振动的油浸式电力变压器短路累积效应试验研究[J].广东电力，2016，2912：115-120.
[3]何东升，许呈盛，刘光祺，罗海凹，丁晓军.电力变压器短路承受能力试验相电流精确测量方法[J].电器与能效管理技术，2018，14：42-45+50.
论文作者:周兴明,曲维
论文发表刊物:《河南电力》2018年19期
论文发表时间:2019/4/12
标签：变压器论文; 电流论文; 绕组论文; 线圈论文; 导线论文; 阻抗论文; 能力论文; 《河南电力》2018年19期论文;