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摘要：近年来，通过对导致电力事故的因素进行综合分析后发现，变压器的抗短路能力不足已经成为了影响电力系统的工作可靠性突出短板，急需采取措施加以改进。现实中，导致变压器抗短路能力不足的因素有很多，既包括设计等内在因素，还包括运行管理维护等外在因素。本文主要针对变压器抗短路能力的必要性和绕组导线对变压器抗短路能力的影响以及提升变压器抗短路能力的措施进行简要分析。
关键词：变压器；绕组导线；抗短路能力；影响
近年来，电力变压器事故时有发生，而且有增长的趋势。从变压器事故情况分析来看，抗短路能力不足已经成为电力变压器事故的重要原因，而且严重影响电力系统安全运行。笔者通过计算分析了变压器设计过程中，有关绕组导线的选取对变压器抗短路能力的影响。并对如何调整绕组导线规格，才能提高绕组的辐向强度提出了措施。
1、变压器抗短路能力的研究情况
根据国家相关标准和行业规范要求，电力变压器必须具备一定的抗短路能力，具体而言，一是要通过设计计算来保证，二是要通过相关试验来加以验证。然而现实却是，因为受到各种主、客观因素的影响，变压器厂商对其所生产的每台变压器都进行试验验证是很难实现的，所以在设计阶段对变压器的抗短路能力进行准确计算就显得尤为重要。近年来，国内外相关计算人员对变压器绕组性能进行了多方面的研究，包括对理论计算方法的研究、对材料选用的研究、对绕组结构的分析及其工艺的探讨等等，并在此基础上形成了诸多改进措施，这些都促进了变压器设计质量的提升。同时，变压器短路强度计算研究也取得了突出进展，国内一些研究机构甚至开发出来了相关的计算软件，从而为变压器的抗短路能力设计提供了可靠的参考依据。同时，国际上的一些研究成果也被借鉴到了该领域，例如将动态短路强度计算方法应用到变压器的抗短路能力计算中就取得了良好效果，可以实现对突遭短路故障的变压器绕组的短路强度等进行精确地分析和计算。总而言之，国内外在相关领域的研究进展有力地推动了变压器抗短路能力计算工作的发展。笔者在分析研究相关研究进展的基础上，根据实际工程中设备情况归纳出了一些结论，希望能对同行起到抛砖引玉的作用。
2、绕组导线对变压器抗短路能力的影响分析
由于变压器绕组的结构直接影响绕组的抗短路能力，当压力和拉力在绕组上所产生的应力大于导线许用应力时，绕组将产生明显变形，破坏了整个主、纵绝缘结构，严重时甚至拉断导线。
以双绕组变压器为例，一旦遭遇突发短路故障，因为受到绕组辐向力的影响，绕组的辐向力会使内绕组受压力、外绕组受拉力作用。一旦绕组受到的压力和拉力之和大于绕组的许用应力时，变压器的绕组就会发生变形，严重的甚至还可能造成导线断裂，进而对变压器的主、纵缘结构和运行质量带来严重影响。对于大型变压器而言，其绕组导线形式一般为扁导线，辐向厚度为 a，轴向宽度为 b。至于导线的绝缘，则可以是漆，也可以是纸。当要设计的变压器为大容量的变压器时，因为单根扁导线无法满足容量需求，所以一般会采用多根扁导线并联的方式。此外，如果所设计的变压器要求能通过较大的电流或者对绕组的损耗要求较低时，在设计上一般会采用换位导线的方式。在实际工作中，换位导线包括普通换位导线和自粘性换位导线两种，换位导线的类型、尺寸规格以及材质等均会对变压器的抗短路能力造成影响。一般来说，变压器绕组导线的尺寸越大，其强度就越强，所以选择大尺寸的导线对于提升变压器的抗短路能力有积极效果。但现实中因为受到变压器产品规格的制约，导线的尺寸有时不宜地取得过大，此时就需要考虑选择强度较大的导线材质来满足短路强度方面的设计要求。经过研究，半硬铜线绕组的强度比一般的软铜线绕组在辐向方面的强度能提升 1.5倍以上；自粘性换位导线的强度比普通换位导线的强度更是能提升到 3 倍以上。至于导线尺寸对短路时绕组辐向力的影响也可以通过相关的计算软件得到。通常来说，内绕组导线的压曲强度会随着辐向厚度 a 的减小而减小，即 a 越小，内绕组的失稳性就越大；外绕组导线受到的拉伸应力会随着导线截面积的减小而增大，即导线的截面积越小，绕组的辐向强度就越小，外绕组的失稳性就越大。
按左手定则（磁通朝掌心，四指朝电流方向，拇指为受力方向），内外绕组受到使其分离的作用力。即外线圈在圆周方向受张力，即环形拉伸力，有扩大直径的趋势；内线圈在圆周方向受到压力，即环形压缩力，有朝铁芯方向变形的趋势。如果内绕组的机械稳定性薄弱，或导线的抗弯强度不够，绕组将发生变形。发生“强制翘曲”和“自由翘曲”的损坏形式。内线圈受压缩，导线受到弯曲应力，可能发生导线向内过度弯曲，导致“强制翘曲”，如图变形示意。内绕组受到压缩，可能失去稳定，导致绕组周围一处或几处的导线向内严重变形，形成“自由翘曲”。“自由翘曲”是内绕组发生变形的更常见形式。整体绕组受压缩，直径变小，多余长度的导线从垫块的个别部位突出，这是内绕组典型的机械失稳例子。
图1 内绕组的“强制翘曲”变形 图2内绕组的“自由翘曲”变形
国标提出线圈轴向变形的主要型式是线饼受到的过大轴向压力（如图3的线饼力Fax）导致线饼导线倾倒。有的绕组采用组合导线，绕制成纠结式。曾发生因绕制工艺不良，“反并”未绕紧，在线圈施压干燥期间即发生导线倾倒，线圈报废。
另外，轴向压力不足，特别是采用单一压板压紧多个线圈时，个别线圈的轴向压力不足或上部纸压板强度不够时，线圈轴向推力会导致线圈顶部上翘，严重变形，因此，绕组导线的合理选取直接影响变压器的运行质量。
4提升变压器抗短路能力的措施探讨
对于提升绕组的辐向短路强度设计来说，最有效的方法就是采用高强度的导线材质和换位导线形式。例如采用半硬铜绕组导线和自粘性换位导线。其次，应该尽量降低绕组起始的不均匀程度，如可以将绕组绕的更紧密。第三，在确保变压器绕组能够满足相关应用要求的前提下，通过增大导线的辐向厚度和截面积，可以有效提升变压器绕组的辐向短路强度。最后，加强绕组的辐向撑紧，保障内绕组在发生向内变形时能够获得足够的支撑强度。
5结论
以上研究是笔者在相关研究的基础上总结而出的结论。笔者的研究中还有着诸多不足，例如对变压器绕组导线材质对其短路强度的影响研究还不够全面，除了所举的半硬铜导线材质和软铜导线材质的对比之外，对其他材质的导线没有涉及；对绕组导线尺寸规格对其短路强度的影响研究还不够定量，没有给出精确的计算公式等，而这些还需要笔者作更进一步的深入研究。
参考文献：
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论文作者:石兴志
论文发表刊物:《电力设备》2017年第21期
论文发表时间:2017/11/23
标签：绕组论文; 导线论文; 变压器论文; 强度论文; 能力论文; 线圈论文; 材质论文; 《电力设备》2017年第21期论文;