（新疆乌鲁木齐市国网新疆电力有限公司电力科学研究院 新疆乌鲁木齐市 830011）
摘要：电力变压器在系统中运行时，不能百分百避免发生短路故障的情况。短路故障包括三相短路、两相短路、两相接地和相对地故障，特别是出口（首端）短路。巨大的过电流产生的电动力，因其与电流的平方成正比，将增大数百倍，对变压器的危害极大。特别是最近几年来，随着电力系统供电负荷的增加，单台变压器容量的增大，供电范围趋向密集，变压器在系统运行时的短路事故极高。此外，当变压器系统防雷设施设置不合理时，例如变压器抗短路能力差，则配电线路进雷会造成二次直流保险熔断，低压开关和母排烧熔，使高低压绕组变形，也会损坏变压器套管等外部配件，严重的时候会导致变压器整体报废。
关键词：电力变压器；抗短路能力；校核方法
一、变压器抗短路能力校核方法
（一）内线圈辐向抗短路能力校核方案
1.1辐向屈曲强度的影响因素
内线圈的辐向稳定性与其辐向支撑结构、导线的尺寸、强度和张紧度等息息相关。在导线绕制紧密均匀的前提下，如果支撑刚度足够，即辐向支撑有效时，绕组辐向失稳表现出的是强制屈曲模式，如图1（a）所示；相反，则表现为自由屈曲模式，如图1（b）所示。
图2 内线圈的辐向支撑结构图
（2）应力均衡。当线饼内部沿辐向的各匝导线绕制紧密、匝数较少、匝绝缘较薄且绕组辐向尺寸与绕组半径的比值不是太大时，各匝导线的应力可视为基本一致（即满足应力均衡假设），可仅考虑绕组平均直径处一匝导线的辐向稳定性；反之，则需要校核最外匝导线（靠主空道）的辐向稳定性。因为匝绝缘厚度随着电压等级的升高而升高采用导线张紧装置才能保证导线绕制紧密均匀，所以对于采用普通扁铜导线的内线圈，当其电压等级较低（≤110kV）、辐向导线根数较少且绕组辐向尺寸与绕组半径的比值不是太大时，若有采用导线张紧装置，则认为应力均衡条件满足。换位导线和组合导线在任何情况下皆视为满足条件。
1.2辐向抗短路能力校核方案
（1）绕组自由屈曲强度校核。可以通过绕组自由屈曲强度校核，其应用前提是满足应力均衡条件。当线圈的辐向支撑刚度不够时，要求绕组具有“自保持”的能力，即依靠导线自身的刚性来抵抗变形。由于自由屈曲受绕组本身的非均匀特性和生产工艺影响很大，其失稳临界值难以规定，因此，本文基于材料力学的强度理论——在复杂应力状态下关于材料破坏原因的假设σc≤[σ]（σc、[σ]分别为实际应力值和许用应力值），借鉴推荐公式对平均环形压缩应力σc进行校核。绕组抗短路强度的校核公式为：σc≤[σc]
[σ]——导线的平均许用应力值，MPa。对于常规导线和非自粘换位导线，[σ]为0.35σ0.2；对于自粘换位导线，[σ]为0.6σ0.2。
若校核裕度σc/[σ]≥1，则绕组的抗短路能力满足要求，否则不满足要求。以上列出的许用力值是根据以往的经验，并考虑到各种限制因素，例如材料性能、偏差、机械设计细节和生产工艺等确定的。采用本方法计算许用应力较为粗略，没有考虑导线尺寸的影响，因此，如果厂家有提供更为精确的试验值，宜采用试验值。
（2）最外匝导线的自由屈曲强度校核
当支撑条件和应力均衡条件均不满足时，需要单独校核最外匝导线的辐向稳定性。即认为失稳从最外匝导线开始，该导线失稳即认为整个内线圈失稳。考虑最严格的情况，即不考虑力的传递，则最外匝导线所受的压缩应力为：
其中：D外、Fnb分别表示最外匝导线的直径和其所受的压力。校核公式同上个公式，其中cσ为bnσ。因为换位导线和组合导线一般能满足应力均衡条件，所以本方法只针对普通扁铜线，许用应力值取0.35σ0.2。早期的变压器制造工艺较为粗糙，很多没有采用导线张紧装置，所以此类变压器一般都不满足应力均衡条件，宜选用此方法校核的结果作为评判标准。
二、提高变压器抗短路能力措施
（一）对老变压器安排技术改造
对老变压器进行技术改造，对变压器铁心的牢固方式进行强化，低压绕组导线在规格的选取及绕组方式上进行改进。选取符合规格的导线，在进行导线绕组的时候防止导线扭曲变形；保证三相线圈的相位位置充分压紧，防止短路变形。
（二）变压器绕组变形试验
对于发现变压器绕组，对于发现变压器的缺陷具有重要的意义，对新投变压器进行绕组变形试验，取得其初始绕组频率响应数据，并且定期开展绕组变形试验，对于开展变压器绕组状态评价及检修计划安排具有十分重要的参考意义。在检修周期之内，建立健全变压器绕组变形数据库，提高绕组变形试验水平，提高判断准确度。开展未做绕组变形测试的变压器排查与测试工作，保留测试数据。完善的数据库将有利于正确的状态水平评价与检修计划安排。当变压器遭受出口短路冲击时，绕组变形数据库中所储存的基础数据可以与事故后测试数据进行比对，从而判断变压器变形程度，根据比对结果，可以对变压器能否继续运行作出评价。对未发生明显绕组变形的变压器，及时投入运行，不仅可以节省大量人力、物力与财力，还能缩短检修周期，提高状态检修水平。对于运行年久、温升过高或长期过载的变压器，应在绕组变形的时候同时进行变压器油色谱分析，以确定绝缘老化程度，必要时进行进一步绝缘老化鉴定。
三、结语
总之，变压器抗短路能力不足引发电力设备、电网事故，造成重大经济损失的现象已经引起了相关部门和单位的重视，变压器抗短路能力的提高也是变压器科技工作者需要不断研究和解决的重大课题。当前，电力变压器在设计、工艺、结构、选型以及运行方面还存在一些问题，为了提高电力变压器抗短路能力，这些问题应该引起变压器制造单位和运行单位的重视，这对于提高整体电网运行质量具有重大实际意义。为提高电力变压器抗短路能力应采取的方法与措施还有很多，需要在以后的实践中进一步发现和完善。
参考文献：
[1]王欣伟，连建华，俞华，等．电力变压器内绕组辐向抗短路能力的计算与分析[J]．变压器，2013．
[2]邢海瀛，刘少宇，马继先，等．变压器抗短路能力核算与治理[J]．中国电力，2012．
[3]林洁明．变压器出口短路的危害及预防措施[A]．北京电力高等专科学校学报：自然科学版，2012．
作者简介：
苑龙祥（1985-）；男；山东郓城；汉族；研究生；中级工程师；变电设备高压试验方向；新疆乌鲁木齐市国网新疆电力有限公司电力科学研究院。
马捍超（1987.10.11-）；男；新疆；回族；研究生；中级工程师；电力设备检测；国网新疆电力有限公司电力科学研究院。
论文作者:苑龙祥,马捍超
论文发表刊物:《河南电力》2018年8期
论文发表时间:2018/10/17
标签：绕组论文; 导线论文; 变压器论文; 应力论文; 能力论文; 屈曲论文; 线圈论文; 《河南电力》2018年8期论文;