论文部分内容阅读
[摘 要]介绍了影响电力变压器绕组抗短路能力的因素及原因，给出了具体的改善变压器绕组抗短路能力弱的方法。
[关键词]电力变压器 绕组 抗短路能力 辐向失稳 轴向失稳
中图分类号：TM406 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0117-01
1.前言
随着电力系统电压等级、变压器容量的不断提高，在变压器短路阻抗一定的前提下，短路力对变压器绕组的威胁将会更加严重。我们知道，变压器在运行期间，不可避免地要出现短路现象。从近几年的情况来看，因短路事故损坏的变压器越来越多，并且就变压器绕组短路力、短路应力等计算问题，到目前为止世界上还没有各个厂家公认的、统一的技术。
2.绕组损坏的主要模式
变压器绕组的短路力分为辐向短路力和轴向短路力，绕组的损坏事故都是在这两种力的共同作用下发生的。由于辐向短路力通常比轴向短路力大很多，所以绕组辐向损坏的情况较多。不论是轴向还是辐向力引起的绕组损坏，其损坏部位大都发生在铁心窗口内部，这是因为铁心窗口内的漏磁比窗口外大的缘故，另外铁心窗口内的轴向压紧比窗口外要薄弱也是其原因之一。试验研究和运行实践表明，绕组短路损坏主要有以下几种模式：
2.1 绕组变形导致绝缘破裂或绝缘强度降低
对于中型以上电力变压器，此种损坏模式是非常常见的，在幅向拉伸力的作用下，绕组的最大变形和由于变形的积累效应而产生的最大残余变形使绕组第一油隙主绝缘强度受到影响，或导致导线匝绝缘破裂。图一为某台变压器绕组变形导致的绝缘破裂。
2.2 绕组的幅向失稳
据统计，我厂因短路损坏的变压器80%均出现了绕组幅向失稳现象，所谓幅向失稳是指在绕组圆周方向某一（或几个）撑条间隔内整个线饼都向内凹陷，而在相邻的撑条间隔整个线饼均向外凸出。造成绕组幅向失稳的主要因素有：1）产品设计时没有准确计算绕组的幅向稳定性；2）绕组内径的某些撑条没有有效支撑；3）幅向压缩力沿线饼圆周不是均匀分布；4）线饼绕制不紧实。
2.3 绕组的轴向失稳
绕组的某些线饼在轴向动态力或幅向短路力共同作用下的倾斜倒塌称为绕组的轴向失稳。绕组的轴向失稳主要是由于轴向压紧力不足或绕组绕制时某些导线已有轻微倾斜，在短路力的作用下很容易出现倾斜、倒饼；单根导线的幅向尺寸和轴向尺寸之比太小也是导致轴向失稳的原因之一；另外垫块的残余变形也是导致轴向失稳的主要原因之一；铁芯柱不垂直引起绕组变形和螺旋式绕组出头绑扎不牢固对绕组轴向失稳也有一定的影响。如图三是典型的绕组轴向失稳。
3. 提高绕组抗短路能力的方法
1）我们最容易想到的也是最直接的措施是提高导线的硬度。当导线的硬度从80MPa提高到140MPa时，绕组幅向失稳强度可提高2.5倍。但不能过于追求导线的硬度，如果导线硬度太大，会给线圈绕制带来困难，线圈无法绕紧实，反而会使线圈的幅向强度降低，所以应适当选择导线硬度，以适合绕制为宜。
2）如果采用换位导线就要用自粘性换位导线，因为自粘性换位导线绕组的幅向失稳强度要明显高于非粘接换位导线绕组的幅向失稳强度。
3）内径侧绕组要内衬硬纸筒。加强绕组与铁芯柱（或其它绕组）之间的有效支承。铁芯各级阶梯间隙要用圆木棒填塞、撑实，增加线圈的有效支撑。另外硬纸筒可以考虑采用酚醛玻璃布板材料制作，这种材料介电常数与绝缘纸板差不多，不影响变压器绝缘，但它的硬度比绝缘纸板高很多，可以保证内绕组的有效支撑，对于解决绕组的幅向失稳有很大的帮助。
4）绕组要绕得十分紧实，尽量少用内径垫条和层间垫条，如果必须用内径或层间垫条，最好采用整体垫条（目前，我公司采用的是0.5mm厚的纸板条层叠，这种垫条不易操作，尤其是绕制反饼时，不易绕制紧实，且易倒饼）。
5）绕组要进行预组装，采用恒压干燥处理并适当增加内线圈的撑条数量，使相邻撑条之间跨距不大于120mm。
6）往铁芯柱上套装时，所有绕组要尽可能保持同心，在工艺上要尽量减小套装间隙，以保证承受幅向压缩短路力作用的绕组内径处的撑条，能够处于有效的支撑状态。
7）加强对绕组出头的绑扎。采用高网络带对出头进行紧固。特别是螺旋式绕组的出头，增加绑扎带数量，前三个间隔都绑扎，以后每两个间隔绑扎一次，以提高绕组的幅向稳定性。
8）对于普通扁线绕制的单螺旋式线圈，要注意242换位处的处理，换位处要垫牛角垫块，使线饼得到有效支撑，建议单螺旋式线圈采用自粘换位导线绕制。
9）线圈绕制时一定要按图纸放置油道垫块，如果随意调整油道垫块会使安匝不平衡，导致漏磁增大，短路力增大。
10）绕组加外撑条可有效防止垫块移动和线饼倒塌。
11）要保证足够的轴向压紧力，本人认为最好不采用弹簧压钉结构，由于弹簧长期处于压缩状态，时间长了弹性会变小，使轴向压紧力不够，易造成线圈轴向失稳。最好采用绝缘垫块压紧结构。
结语
目前，我公司故障损坏的变压器绝大部分是由于抗短路能力不足导致的，提高变压器抗短路能力，是提高我公司变压器质量的主要方面之一。也是值得变压器行业深入研究和认真对待的技术难题。
参考文献
[1] 谢毓城.电力变压器手册.北京：机械工业出版社.2003.1.
[2] 董志刚.芯式变压器绕组抗短路能力综述.保定天威集团大型变压器公司.1999.12.
[3] 曹耀武 技术工人培训教材第八分册.变压器专业工种技术工人培训教材编辑委员会.1998.3.
[关键词]电力变压器 绕组 抗短路能力 辐向失稳 轴向失稳
中图分类号：TM406 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）06-0117-01
1.前言
随着电力系统电压等级、变压器容量的不断提高，在变压器短路阻抗一定的前提下，短路力对变压器绕组的威胁将会更加严重。我们知道，变压器在运行期间，不可避免地要出现短路现象。从近几年的情况来看，因短路事故损坏的变压器越来越多，并且就变压器绕组短路力、短路应力等计算问题，到目前为止世界上还没有各个厂家公认的、统一的技术。
2.绕组损坏的主要模式
变压器绕组的短路力分为辐向短路力和轴向短路力，绕组的损坏事故都是在这两种力的共同作用下发生的。由于辐向短路力通常比轴向短路力大很多，所以绕组辐向损坏的情况较多。不论是轴向还是辐向力引起的绕组损坏，其损坏部位大都发生在铁心窗口内部，这是因为铁心窗口内的漏磁比窗口外大的缘故，另外铁心窗口内的轴向压紧比窗口外要薄弱也是其原因之一。试验研究和运行实践表明，绕组短路损坏主要有以下几种模式：
2.1 绕组变形导致绝缘破裂或绝缘强度降低
对于中型以上电力变压器，此种损坏模式是非常常见的，在幅向拉伸力的作用下，绕组的最大变形和由于变形的积累效应而产生的最大残余变形使绕组第一油隙主绝缘强度受到影响，或导致导线匝绝缘破裂。图一为某台变压器绕组变形导致的绝缘破裂。
2.2 绕组的幅向失稳
据统计，我厂因短路损坏的变压器80%均出现了绕组幅向失稳现象，所谓幅向失稳是指在绕组圆周方向某一（或几个）撑条间隔内整个线饼都向内凹陷，而在相邻的撑条间隔整个线饼均向外凸出。造成绕组幅向失稳的主要因素有：1）产品设计时没有准确计算绕组的幅向稳定性；2）绕组内径的某些撑条没有有效支撑；3）幅向压缩力沿线饼圆周不是均匀分布；4）线饼绕制不紧实。
2.3 绕组的轴向失稳
绕组的某些线饼在轴向动态力或幅向短路力共同作用下的倾斜倒塌称为绕组的轴向失稳。绕组的轴向失稳主要是由于轴向压紧力不足或绕组绕制时某些导线已有轻微倾斜，在短路力的作用下很容易出现倾斜、倒饼；单根导线的幅向尺寸和轴向尺寸之比太小也是导致轴向失稳的原因之一；另外垫块的残余变形也是导致轴向失稳的主要原因之一；铁芯柱不垂直引起绕组变形和螺旋式绕组出头绑扎不牢固对绕组轴向失稳也有一定的影响。如图三是典型的绕组轴向失稳。
3. 提高绕组抗短路能力的方法
1）我们最容易想到的也是最直接的措施是提高导线的硬度。当导线的硬度从80MPa提高到140MPa时，绕组幅向失稳强度可提高2.5倍。但不能过于追求导线的硬度，如果导线硬度太大，会给线圈绕制带来困难，线圈无法绕紧实，反而会使线圈的幅向强度降低，所以应适当选择导线硬度，以适合绕制为宜。
2）如果采用换位导线就要用自粘性换位导线，因为自粘性换位导线绕组的幅向失稳强度要明显高于非粘接换位导线绕组的幅向失稳强度。
3）内径侧绕组要内衬硬纸筒。加强绕组与铁芯柱（或其它绕组）之间的有效支承。铁芯各级阶梯间隙要用圆木棒填塞、撑实，增加线圈的有效支撑。另外硬纸筒可以考虑采用酚醛玻璃布板材料制作，这种材料介电常数与绝缘纸板差不多，不影响变压器绝缘，但它的硬度比绝缘纸板高很多，可以保证内绕组的有效支撑，对于解决绕组的幅向失稳有很大的帮助。
4）绕组要绕得十分紧实，尽量少用内径垫条和层间垫条，如果必须用内径或层间垫条，最好采用整体垫条（目前，我公司采用的是0.5mm厚的纸板条层叠，这种垫条不易操作，尤其是绕制反饼时，不易绕制紧实，且易倒饼）。
5）绕组要进行预组装，采用恒压干燥处理并适当增加内线圈的撑条数量，使相邻撑条之间跨距不大于120mm。
6）往铁芯柱上套装时，所有绕组要尽可能保持同心，在工艺上要尽量减小套装间隙，以保证承受幅向压缩短路力作用的绕组内径处的撑条，能够处于有效的支撑状态。
7）加强对绕组出头的绑扎。采用高网络带对出头进行紧固。特别是螺旋式绕组的出头，增加绑扎带数量，前三个间隔都绑扎，以后每两个间隔绑扎一次，以提高绕组的幅向稳定性。
8）对于普通扁线绕制的单螺旋式线圈，要注意242换位处的处理，换位处要垫牛角垫块，使线饼得到有效支撑，建议单螺旋式线圈采用自粘换位导线绕制。
9）线圈绕制时一定要按图纸放置油道垫块，如果随意调整油道垫块会使安匝不平衡，导致漏磁增大，短路力增大。
10）绕组加外撑条可有效防止垫块移动和线饼倒塌。
11）要保证足够的轴向压紧力，本人认为最好不采用弹簧压钉结构，由于弹簧长期处于压缩状态，时间长了弹性会变小，使轴向压紧力不够，易造成线圈轴向失稳。最好采用绝缘垫块压紧结构。
结语
目前，我公司故障损坏的变压器绝大部分是由于抗短路能力不足导致的，提高变压器抗短路能力，是提高我公司变压器质量的主要方面之一。也是值得变压器行业深入研究和认真对待的技术难题。
参考文献
[1] 谢毓城.电力变压器手册.北京：机械工业出版社.2003.1.
[2] 董志刚.芯式变压器绕组抗短路能力综述.保定天威集团大型变压器公司.1999.12.
[3] 曹耀武 技术工人培训教材第八分册.变压器专业工种技术工人培训教材编辑委员会.1998.3.