變壓器短路線圈機械強度研究及短路試驗技術

王貴儒

（西山煤電電力公司， 山西 太原 030053）

1 短路情況下的線圈受力分析

首先，要對短路電流進行合理確定。在變壓器處于運行模式下，如果因某種因素導致線端或者系統突然短路，則要對短路電流的峰值進行合理定位，具體計算公式如式（1）所示。

式中：Ikf為短路發生時電流的峰值，Ik為短路電流穩定后的數值?？梢詫kf定位于Ik短路電流產生后非周期衰減量迭加后的最大值，由于Ikf所產生的電動力發生瞬時作用，但是并不會產生損傷，從而使線圈可以承受突然間的短路電流[1]。

其次，分析線圈受力情況。載流導線在磁場中受到的電動力在確定時主要依據左手定則，將左手伸開，磁場正方向需要從掌心的正面穿過，電流正方向以食指的指向為準，拇指指向屬于電動力正方向。通常情況下，在發生短路時，線圈損壞的原因主要有以下三種，分別是處于正常運行狀態下電動力引發的損壞問題、發生突然短路時由幅向電動力導致的損壞和突然短路時由軸向電動力引起的損壞[2]。

載流導線在磁場中所受的電動力由左手定則確定：縱線磁場線縱線分量在導線上產生的電動力為橫向力，橫向力使高壓(外部)線圈向外拉，低壓（內部）線圈向內壓，即企圖將高壓線圈直徑拉大（導線受力拉）和將低壓線圈直徑壓縮（導線受力壓）；導線端部幅向漏磁在導線上產生縱線電動力，企圖將高低壓線圈的高度壓縮；幅向漏磁場也有彎曲，其橫線分量在導線上產生縱向電動力，其反向沿線圈高度變化。

2 短路試驗技術

2.1 短路方式以及試驗電源的選擇

在進行短路方式選擇過程中，通常情況下有兩種，其一是預先短路法，在操作過程中，對變壓器的二次側預先進行短路或者是直接將斷路器開關閉合，然后在一次側進行勵磁處理，屬于預先處理模式。其二是后短路法，在實際操作過程中，將變壓器一次繞組施加勵磁電壓，電壓值要適當，對于二次繞組，需要實現短路狀態，主要的方式是通過短路裝置來完成這一目的。

對于試驗電源，要根據變壓器的容量來確定，通常情況下，小容量變壓器使用的是三相電源，單相電源也可應用其中。而對于大容量變壓器則只能使用單相電源。對于電壓施加的方向，如果繞組處于三角形聯結狀態，單相電源應該在三角形兩個角的位置上，如果繞組處于星形聯結模式，電壓施加方向為一個線段與其余兩端連在一起[3]。

2.2 短路試驗的標準

對于短路試驗的標準，當前國內產品均使用GB 1094.5—1985標準實驗，出口產品則是根據IEC 76.5—1976。

2.3 試驗合格的判定

在進行試驗是否合格的判定過程中，需要保證試驗條件的合理性，根據試驗結果，比較波形圖和電抗值、進行電氣試驗、進行外觀檢查和吊心檢查、還可以采用一些輔助性措施，比如說低壓脈沖法和頻率響應法等[4]。

3 提高抗短路能力的措施

3.1 進行設計優化

1）精準化計算。機械力大小會受到安匝平衡情況的影響，所以，需要使用計算機系統進行優化設計，降低安匝平衡分區，在每個區域布置大油隙，進行電抗高度的分區控制，導線寬厚比設置科學，降低繞制系數。

2）繞組形式設置。需要對連續式繞組的換位模式進行改進，提高并繞的數量，增強應用范圍。

3）壓板設置。使用木壓板降低漏磁損耗，并根據變壓器的容量進行壓板厚度設置，幅向尺寸合理，適當增加壓釘數量，確保壓釘位置設置科學。

4）電磁力方面。這一影響具有不可回避的特性，只能盡量降低，根據有關規定，銅材質導線允許的最大應力為150 kN/mm2，導線單位面積的總應力應保持在不超過最大允許值的80%。

3.2 進行工藝優化

1）線圈繞制方面。墊塊使用的是密化倒角的處理模式，根據分區電抗高度的有相關規定，對游隙墊塊采取分區控制的模式，壓縮系數必須要統一標準，保存地點為溫室，使用時可以根據具體需求及時供應，使用氣動拉緊裝置，保證線圈繞制的密實度，對于幅向高度需要控制在±1.0 mm范圍內。保證低壓線圈出頭固定，不能出現回彈現象，在內部設置強度較高的硬紙筒保證繞組幅向套緊，增強壓緊力。

2）對軸向振動的固有頻率進行調整。具體如式（2）所示。

式中：M和k分別為系統質量矩陣的剛度矩陣；z為系統位移列陣；Z為系統加速度列陣。在這一過程中，要保證軸向預緊力科學合理，使軸向振動各階固有頻率不會出現100 Hz和50 Hz，進行短路強度的提升。

4 結語

對于變壓器短路機械強度的研究要進行受力情況分析和相應的力學計算，使用定量與定性相結合的模式，在進行短路試驗技術調整過程中，需要對整個環節進行合理設置，選擇恰當的試驗條件，合理確定判斷標準，然后針對性進行防控措施的制定，提高線路的抗短路能力。