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摘要：本文从环境变化对导线σP0.2影响和时间变化对导线σP0.2影响两个方面进行了研究。同时研究导线受大电流冲击时的温升，便于对半硬态导线的应有和变压器的设计指导。
关键词：屈服强度；半硬态导线；短路；电流密度；温升；时间效应；
随着社会的发展，电网的安全运行越来越引起国家关注，作为电网运行核心设备之一变压器安全性和可靠性也是变压器制造行业一直关注的问题。随着变压器技术的发展，目前大型变压器95%以上的导线在使用控制屈服强度（对于屈服现象不明显的材料，与应力-应变的直线关系的极限偏差达到规定值（通常为0.2%的永久形变）时的应力）铜导线（简称半硬铜导线），用于增强线圈的结构强度，提高抗电流冲击能力，提高变压器稳定性和安全性。本研究从环境和时间两个方面对铜导线σP0.2产生的影响进行了研究。环境变化包含模拟变压器发生短路，导线受到大电流冲击后导线σP0.2变化；导线在变压器运行温度下长期存放后导线δp0.2变化。时间变化包含导线在室温下长期放置导线σP0.2随时间变化；导线在变压器运行温度下和高于变压器运行温度下长期放置导线σP0.2随时间变化。
1 大电流冲击后导线σP0.2变化
在发生变压器的短路的瞬间，导线通过电流是正常电流的20倍以上，这时导线σP0.2变化和发生的温升是众多变压器专家关心的问题。此项研究就是在模拟导线在变压器的运行环境下受到大电流冲击后变化情况，用于说明变压器导线在短路的瞬间是否保持原有的强度和造成的温升状况。 变压器短路的时间约为2秒，其中前0.2秒为正常电流密度的20倍，后1.8秒为正常电流密度的10倍。完全模拟此种状态有一定的困难，尤其是给样品线在瞬间几百安培的电流，电流变化控制困难，时间控制更难。为此采取提高电流密度，维持最高通电电流试验的方法来研究。取不同σP0.2数值的导线，将导线放置在模拟变压器运行的环境下，油浴90℃，保证足够放置时间，让导线恒温。在此环境下，给导线通电，电流密度≥60A/mm2。通电完成后，测量导线σP0.2变化值，在通电的同时测量导线的温升。
为便于分析研究，试验采用两种方式进行。一种在保证电流基本恒定的情况下，给导线不同的通电时间，研究导线σP0.2数值随通电时间变化情况。另外一种为保持恒定的通电时间，改变电流密度，研究导线σP0.2数值随电流密度变化情况。
1.1试验装置
主要分两部分，一部分为油浴恒温试验箱，内部装入变压器油，保证实验样品在模拟变压器运行的环境下试验，试验箱的温度控制精度为±1℃，试验的设定温度为90℃。另一部分为大电流发生设备，控制电流密度，电流的密度大于60A/mm2。精确控制通电时间，精度±0.01 S。通过准确测量输出电压和准确测量导线电阻控制电流密度，通过电流掐表测量电流密度。
示意图如下：
1.3试验过程：
第一组试验：在保持恒定电流密度下改变通电时间。电流密度选择为60A/mm2，首先在恒温油浴试验箱中加入变压器油（克拉玛依—25号），将油箱加热，设定值为90℃，取上述一种σP0.2数值导线，将导线的两端与大电流发生器输出端接实，同时在输出端接上电压表，将导线完全浸入恒温油浴试验箱中，让导体在油浴中存放足够的时间，保证导体温度与油浴温度一致，测量导线此时的电阻。用时间继电器控制通电时间，给大电流发生器接通电源，测量通电时的输出电压。每一种σP0.2数值导线通电时间分别控制在2S、2.5S、3S、10S、20S、30S。试样在通电完成后，去掉连接部位变形部分，仅留取未变形中的导线进行检测，以保证试验的准确性。试验记录表1。通过试验发现，在通电后，导线在约1.6S时达到最高电流，随着通电时间的延长，导线发热，5S左右导线开始出现电流减弱，减弱后电流密度依然可以保证大于30A/mm2，虽然导线通电时间较长时发生大量的热，在导线周围的变压器油气化沸腾，因为油箱容积较大，通电时间较短，内部变压器油并未发生温升。通过研究发现，在给导线维持较高通电电流情况下，通电时间达到了30 S，但导线的σP0.2并没有发生变化，由此证明导线在正常变压器运行电流密度20倍情况下，通电时间30 S之内，导线的σP0.2是没有发生变化的。在同样的样品上，采用埋入法，将热电偶埋入导线中，测量在同样状态下导线随通电时间变化导线发生的温升。实验记录见表2。通过研究发现，在电流密度为60A/mm2情况下，前3秒之内温升只达到了约30℃，随后温升呈直线上升趋势，在30秒时达到了196.5℃，实际导线温度达到了286.5℃，虽然导线达到了近300℃，但导线并未出现退火。分析认为主要是导线在此种状态下维持的时间过短，还未出现晶格重新排列的情况。
第二组试验：在保持恒定通电时间下改变电流密度。通电时间选择为10S。同样在恒温油浴试验箱中加入变压器油（克拉玛依—25号），将油箱加热，设定值为90℃，取上述一种σP0.2数值导线，将导线的两端与大电流发生器输出端接实，同时在输出端接上电压表，将导线完全浸入恒温油浴试验箱中，让导体在油浴中存放足够的时间，保证导体温度与油浴温度一致，测量导线此时的电阻。用时间继电器控制通电时间，时间设定10S，同一种σP0.2数值导线截取不同长度改变负载，由此得到设计的电流密度，电流密度选择为60 A/mm2、110 A/mm2、150 A/mm2、160 A/mm2、170 A/mm2、180 A/mm2、200 A/mm2、210 A/mm2。试样在通电完成后，去掉连接部位变形部分，仅留取未变形中的导线进行检测，以保证试验的准确性。试验记录见表3。通过试验发现，随着电流密度的增加，在同样通电时间情况下，导线温升明显，尤其是电流在200 A/mm2以上时，导线周围变压器油迅速气化，导线变红，将导线外部全部漆膜全部烧焦，脱落，导体出现退火，但变压器油整体温升无表现。从检测结果可以发现，导线在电流密度150A/mm2附近出现退火现象，导线的σP0.2数值开始出现降低，在电流密度达到180A/mm2附近导线的σP0.2数值开始迅速降低。在同样的样品上，采用埋入法，将热电偶埋入导线中，测量在同样状态下导线随通电流变化导线发生的温升。实验记录见表4。通过研究发现，导线温升于电流密度成正比例增长，在电流密度150A/mm2之前，电流密度每增加1 A/mm2，温度上升1.34℃，当导线温度达到了290℃附近时，温升逐渐减弱，说明此时导线生热与散热基本达到平衡。
2.3取同种规格不同σP0.2数值要求的漆包线，模拟变压器气象干燥温度，在105℃放置24小时后，将温度升至130℃，在130℃放置，每隔96小时取样测试，在室温下测量屈服强度σP0.2值，验证其时效性。样品制作为机械轧制方式。经过576h试验，试验数据如表7；曲线见曲线图7。
论文作者:邢涛,王继成
论文发表刊物:《电力设备》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/31
标签：导线论文; 电流论文; 变压器论文; 密度论文; 时间论文; 温度论文; 数值论文; 《电力设备》2017年第12期论文;