一種電力變壓器短路累積機械損傷評價方法

歐 強 羅隆福 李 勇 楊 賢 周臘吾

一種電力變壓器短路累積機械損傷評價方法

歐 強1,2羅隆福2李 勇2楊 賢3周臘吾4

（1. 西南科技大學信息工程學院 綿陽 621010 2. 湖南大學電氣與信息工程學院 長沙 410082 3. 廣東電網有限責任公司電力科學研究院 廣州 510080 4. 長沙理工大學電氣與信息工程學院 長沙 410114）

多次短路會逐漸積累繞組機械損傷，最終導致電力變壓器損壞。然而，目前缺乏一種量化評估方法來評估此類損傷，這對電網的安全運行構成了威脅。因此，該文提出一種考慮繞組的非線性特點和累積過程的電力變壓器繞組短路累積機械損傷評價方法，為評估繞組短路對電力變壓器的影響提供了新的途徑。該方法采用阻尼比和可靠性損失系數作為特征量，通過指數型曲線來模擬繞組機械弱化過程。同時考慮變壓器的初始承受短路的能力、短路電流幅值和故障次數等影響因素，量化了短路損傷與繞組動態機械壽命之間的關系。此外，通過對一臺110 kV電力變壓器進行多次短路破壞性試驗，驗證了該評價方法的正確性。最后，闡述了提出的評價方法適用于不同的校核控制方法，并強調了控制阻尼比在減少累積損傷方面的積極作用。

電力變壓器 短路 累積損傷 可靠性 評價

0 引言

電力變壓器出口短路產生的電磁力超過繞組的承受能力時，可能引起變壓器損壞、變電站起火，甚至導致電網停電，從而危及電力系統和人身安全。因此，變壓器的抗短路能力倍受關注[1]。短路故障引起變壓器繞組的機械損傷，其起始原因可能是一次機械破壞，更常見的原因是多次沖擊造成的機械變形或絕緣破損[2-3]。通過計算繞組承受單次短路沖擊的能力，可以指導變壓器的設計制造；而研究繞組的短路累積機械損傷，實現對繞組動態機械性能的評價，并保障其可靠運行同樣具有重要意義[4-5]。

然而，由于變壓器短路涉及多種物理場，如磁場、機械和熱場，精確計算較為困難。同時，短路故障具有較大的破壞性，進行短路試驗成本較高，很難通過故障案例或試驗得到臨界載荷能力[6-7]。因此，研究變壓器承受短路能力的方法包括材料和模型試驗[8-9]、狀態檢測與反演[10-12]和仿真研究[13-14]。鑒于制造工藝的特殊性，國家標準、國際電工委員會（International Electrotechnical Commission, IEC）標準和美國電子電機工程師學會（Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE）標準主要側重于試驗驗證的方法[15-17]。盡管高校、研究院和制造廠已完成了較多的研究，但目前行業尚未統一短路強度的標準算法。同時，由于實際變壓器的臨界承受能力難以準確獲得，每次短路故障電流占承受能力的比例也無法確定，作用力的影響難以量化，導致多次短路的累積損傷評價成為行業亟須研究和解決的難題。

變壓器短路累積效應的研究主要包括三個方向：長時運行引起絕緣熱老化[18]、故障電流下絕緣機械損傷[19]和瞬時沖擊繞組變形或穩定性喪失[20]。其中，長時絕緣老化會發展為機械強度和絕緣強度降低，這種累積隨變壓器使用年限的增長而增加。研究人員通過加速老化研究了不同支撐剛度引起的輻向屈曲臨界載荷的變化[19]。還有研究表明，多次足夠大的短路電流沖擊會在繞組上產生塑性變形并保持不可恢復狀態，累積變形量隨著沖擊次數的增加而穩定[21]。然而，目前這些累積效應的分析方法尚無法指導設計或運行維護工作。

繞組短路累積效應主要體現在材料非線性特征引起的殘余變形。針對不同的短路工況和破壞形式，繞組短路累積損傷也存在一定的差異，需要區分判斷狀態特征量[22-24]。例如，對于內繞組輻向失穩的累積效應，需要重點關注導線和支撐材料的非線性特征，可以通過阻抗變化來判斷。而對于繞組軸向倒伏的累積效應，重點關注絕緣材料的非線性和端部支撐壓緊作用力的降低，可以通過整體振動反饋來判斷。雖然已有相關文獻研究了局部特征量、機理和測量方法，但目前尚未形成宏觀評估算法。要想總結出一種考慮多次累積沖擊損傷的評價方法，需要從整體出發，充分考慮繞組出廠原始承受短路能力和各次沖擊的影響，以提出特定的特征量和判斷方法。然而，目前關于累積沖擊損傷的量化評價研究和報道還非常有限。

為了解決短路累積損傷難以量化的問題，本文提出了一種電力變壓器短路累積機械損傷評價算法。該算法基于自定義的可靠性損失系數，以變壓器出廠的承受短路的能力、短路電流幅值和故障次數作為研究的輸入條件，計算累積短路對繞組機械性能的影響。通過量化某次短路引起的繞組機械性能降低程度，并計算承受某一電流沖擊的次數，從而評估短路累積機械損傷的情況。

1 短路機械損傷累積計算方法

1.1 基本概念與方法

在評估變壓器短路沖擊繞組的累積機械損傷時，需要考慮繞組參數和制造控制對其抗短路能力的影響。出廠時的安全系數應被視為研究短路累積損傷的基準。評估某次沖擊對繞組機械壽命的影響時，應考慮該次沖擊電流占基準承受能力的比例。雖然變壓器的運行會導致絕緣老化和結構件振動引起的機械性能降低，但這些降低的機理與故障時的大電流沖擊是完全不同的。因此，本文暫不考慮老化和疲勞引起的性能降低，而是重點分析每次大電流沖擊引起性能的下降過程，并提出了變壓器短路繞組累積機械損傷的評價方法。為了準確描述這種評價方法，本文首先定義了所使用的特征概念和方法。

1.1.1 短路機械強度安全系數

本文使用的安全系數是指繞組承受短路的機械強度安全系數，它被定義為允許值與實際載荷之比，有

式中，s為安全系數；0為考慮一定裕度的允許載荷集合，隨短路次數的增加而降低；act為實際載荷集合。上述特征量集合包括用于評估強度、剛度和穩定性機械性能的作用力、位移、振動和應力等。

根據國家標準GB 1094.5-2008《電力變壓器 第五部分：承受短路的能力》，變壓器標準短路試驗為每相3次，考慮電流與電磁力關系，提出安全系數控制閾值：假設安全系數的控制值為cr，cr＞1.0，則應滿足最大承受電流max連續短路3次后，安全系數由cr降低至1.00的臨界值。由于校核時使用的理論體系可能存在差異，不同算法對應的cr絕對值可能會有所差異。然而根據定義，當經歷3次沖擊后，安全系數將降至1.00，這意味著如果再次發生相同水平的沖擊，繞組將面臨機械損壞的風險。

變壓器繞組承受短路的安全性受到設計參數、制造工藝、短路工況、短路電流幅值和持續時間等多種因素的影響。由于短路試驗具有較大的破壞性，無法通過一次試驗得到臨界值。因此，在進行累積損傷分析時，需要預先確定最大承受電流值MT，以此值為基準，按一定比例遞增電流進行多次短路試驗。在完成多次試驗后，再進行復算，以獲得繞組承受短路的能力。為考慮預判值的偏差，一般會選擇70%～120%的比例范圍來遞增電流進行試驗，可以更全面地評估繞組的承受短路的能力，并提供可靠的數據支持。

1.1.2 可靠性損失系數

變壓器承受短路沖擊后，繞組的機械強度安全系數可能會下降并積累，這主要是由于結構和材料的非線性特性影響所致。其中，結構非線性與繞組的邊界條件相關，本文暫不展開討論。圖1展示了繞組中典型的非線性銅導線材料的應力-應變曲線。在初始階段，應力與應變之間呈線性關系，但隨著應變的增加，材料的應力響應逐漸變得非線性。這種非線性特性可能導致繞組在受到沖擊后產生變形和應力集中，進而影響其機械強度和穩定性。

銅導線在受力過程中的累積效應主要體現在圖1中的塑性應變和殘余變形上，這與導線的屈服強度和實際受力情況相關。其中，塑性應變是指材料在超過其彈性限度后發生的不可逆應變，而殘余變形是指材料在受力后無法完全恢復原狀的不可逆變形。在評估繞組的安全性時，需要比較0與act之間的關系，以掌握導線受力的累積效應。

圖2展示了墊塊多次沖擊壓縮的變形曲線，這是另一種典型的非線性材料。試驗中使用了六組樣品，其中三組為常規干燥，另外三組進行了恒壓干燥。每組樣品的總厚度都是6 mm，每次沖擊力為20 MPa。

圖2 墊塊多次沖擊壓縮變形曲線

從圖2中可以清晰地看出，隨著沖擊次數的增加，墊塊的累積變形明顯增大，但增加的幅度逐漸變緩。墊塊的累積變形可能會導致繞組軸向壓力降低，從而增加動態振動。同時，制造和控制過程也會對短路累積效應產生影響，因此工藝加工對墊塊性能的影響不可忽視。

本文重點研究每次沖擊相對于沖擊前強度安全系數的損失，以量化變壓器短路累積損傷的影響。之前的研究已經報道了與繞組材料、結構和工藝控制相關的內容，但缺乏定量的評價方法。因此，本文關注累積沖擊引起的特征量變化，如短路阻抗和振動信號的變化，工程上認為這些變化反映了材料性能和結構參數的變化。以商積計算，第次短路引起的損失可以表示為

1.1.3 沖擊載荷比例

式中，sc為短路沖擊電流；max為最大承受電流。

式中，0為考慮預判電流MT與實際最大承受電流max偏差的增益系數；為基于預判承受短路MT的電流比例。

1.1.4 可靠性損失阻尼曲線

在短路過程中，繞組在受力后的變形恢復會受到一定的阻礙。當載荷超過一定限制時，繞組將發生不可逆的塑性變形，從而導致累積損傷。其中一種典型的累積過程是由絕緣材料的收縮引起的支撐弱化。課題組提出了改進的輻向屈曲分析方法和等效剛度的徑向失穩計算方法，并結合仿真和數值擬合建立了繞組輻向屈曲與內支撐剛度之間的函數關系[25-26]。通過研究發現，用于表征短路累積沖擊的等效支撐剛度在降低到一定程度后，表征機械性能的臨界載荷因子將會快速下降，并呈指數下降的趨勢。同時，在分析短路軸向受力累積損傷時，通過考慮絕緣支撐材料等效楊氏模量的變化趨勢，建立了線餅振動和線餅相對位移與軸向動態穩定性之間的指數型函數的關聯性[27]。

由于上述輻向與軸向兩種損傷是變壓器繞組損壞最典型和常見破壞形式，具有較高的代表性與參考意義。為分析上述短路引起的繞組可靠性損失，定量計算變壓器經受短路的累積損傷，本文提出如圖3所示的可靠性損失系數分析方法。

圖3 可靠性損失系數示意圖

本文定義：

基于上述定義的短路物理特征，圖3中，由、和點組成的紅色或藍色區域表征阻礙累積效應的能力。在本文提出的方法中，這個區域被定義為阻尼區域，其面積表示對短路累積損傷的限制作用，區域越大，累積作用越明顯。當圖3中點在線段上，區域面積為零，可認為無阻尼作用。螺旋繞組扭轉變形可恢復性較差，其累積效應可近似為此種無阻尼模型。不同的短路累積損傷對應的阻尼特性差異，將在以后的工作中詳細研究。載荷達到計次點后，累積效應與受力呈線性正相關。當＜時，定義為無短路累積貢獻區域，當＞1.00時，即sc＞max，視為破壞性沖擊區域。

根據研究需要，曲線可以增加更多的特征點，并通過數據定義相應的擬合曲線。本文以多段線和指數型曲線為例模擬說明。

1.1.5 多段線模擬曲線

如圖3所示紅色實線，以雙折線為例說明多段線模擬方法，以、和點為數據源，當在區間[, 0.5+0.5]時，可靠性損傷系數為

式中，d=1為特殊情況，此時雙折線變為直線，呈現無阻尼關系，損失系數與載荷系數呈正線性關系，滿足

1.1.6 指數型模擬曲線

多段折線模擬方式更適合計算編程后應用。工程中可使用一種近似的曲線模擬。根據物理特性，結合圖3所示方法，選擇指數型模擬曲線近似表示可靠性損失系數，有

式中，0、0、0和c為描述此指數曲線的待定常數，折算后以c、c和c三個常數代替。借助圖3，代入、和三點數據，便可求解待求參數c、c和c。

通過式（9）變換，當d≠1時，可求得未知參數的具體值為

得到指數型曲線模擬可靠性損失系數的表達式為

如前所述，d=1時，損失曲線為直線。

1.2 機械累積損傷評價

式（11）和式（12）描述了一次短路引起的繞組機械可靠性損失，每次沖擊損失系數均應基于沖擊前的安全系數。若需要計算變壓器多次沖擊后的安全系數，應迭代至出廠承受短路能力。不難知道，經次沖擊后的總損失系數為

代入式（2）的變形型式可得經過次沖擊后的繞組機械強度可靠性損失系數為

根據變壓器短路特點及1.1節定義的關系，一次max電流沖擊產生的可靠性損失系數為

在此試驗研究中，若忽略3次沖擊過程中max的損失，假設3次沖擊造成的損傷相同，以簡化計算。經過3次沖擊后，總損失系數的臨界值為

可靠性損失系數累積閾值為D≤cr。應用時，若D＞cr，則判斷變壓器繞組抗短路能力超過臨界條件，存在累積損壞風險。

2 短路累積損傷評價方法的應用

第1節以雙折線和指數型曲線為例描述本文提出的模擬變壓器短路繞組累積作用的研究方法，得到了一種評價變壓器承受短路后累積損傷的定量算法。本節將進一步說明上述特征量的確定方法，并介紹此評價方法的應用。

2.1 關鍵特征量確定方法

繞組的不同機械性能導致累積作用的機理和研究方法存在差異。例如，對于內部繞組的輻向失穩，需要重點關注導線和支撐材料的非線性問題，可以通過阻抗變化的反饋來進行宏觀觀察。對于繞組的軸向倒伏累積效應，需要關注絕緣材料的非線性問題以及支撐壓緊結構的非線性特征，可以通過繞組或油箱的振動反演來進行宏觀觀察。而對于螺旋繞組的扭曲累積作用，與壓緊作用力和升層角度相關，宏觀檢測比較困難。上述問題的具體研究工作應通過試驗的方法持續研究，不斷完善。

2.2 承受短路累積沖擊的能力評價

量化短路對變壓器繞組機械壽命的累積損傷時，應統計同類短路工況。評價方法的應用主要包括如下三類。

2.2.1 繞組機械性能降低的分析

若需要計及歷史短路影響，總損失系數即為累積的降低程度，此時有

預測剩余機械壽命為

可靠性損失系數累積臨界控制條件為

2.2.2 可承受某一電流沖擊的次數

根據可靠性損失系數定義，某一短路電流連續多次沖擊造成繞組機械強度降低系數應滿足式（21）的判斷方法。

忽略max在沖擊過程中的變化時，可求得能承受此短路電流的沖擊次數為

試驗或短路故障均為計次方式，故某一特定短路工況下可承受短路次數為上述表達式取整。

2.2.3 獲取變壓器初始承受短路的能力

由于短路試驗的特殊性，變壓器承受短路的實際能力難以通過單次沖擊試驗獲得。傳統的方法校核在變壓器承受短路能力時，通?；诶碚摶蚍抡嬗嬎愕玫阶儔浩鞯某惺芏搪冯娏鞯哪芰Γ吹?節提到的預判短路MT。實際承受電流與此值的比值已定義為0，它表征了仿真計算的準確性與偏差范圍，需要進行分析和求解。由本文所述的累積損傷損失系數，可以通過試驗方法準確地獲得變壓器承受短路能力的臨界值，從而解決技術上的難題。具體方法如下：

累積損傷為單調遞增函數，必然存在唯一確定的增益系數0滿足

3 累積短路沖擊試驗

電力變壓器的短路試驗是一種破壞性試驗，通常采用仿真計算或設計驗證對比的方法進行可靠性論證[4, 15]。實物試驗研究多數基于縮比模型。然而，變壓器短路引起的機械損傷主要是由本文提出的阻尼條件引起，縮比模型很難準確反映其累積效應。因此，本文設計并制造了一臺容量為50 MV·A、電壓為110 kV的變壓器，以實際的累積短路試驗為例，闡述了本文提出的累積機械損傷評價方法。

考慮到不同短路破壞形式的累積效應差異，此試驗變壓器被設計為三相不同結構。各相進行了高中和高低試驗的縱向比較，并設置了A、B和C相之間的橫向比較。表1列出了該變壓器繞組的基本參數統計信息。

表1 繞組參數

Tab.1 Winding parameters

為了確保試驗的安全性，在拆解變壓器后可以觀察到試驗機械的變形情況，實現研究臨界值和累積變化過程，生產制造過程中采取了增加硬絕緣筒、繞組綁扎等加強措施。

短路試驗采用高壓供電、中壓或低壓短路的方式。在某種短路工況下，薄弱點應以安全系數較小的繞組為準。例如，高低試驗時低壓繞組設計為薄弱點，完成后執行高中試驗，薄弱點設置在中壓或高壓繞組。

為了指導短路試驗與后續分析，表2統計了短路試驗時低壓與中壓承受的電流峰值，此數據將作為試驗研究的基準電流，即式（4）中的預判短路MT。

表2 短路試驗基準電流

Tab.2 Reference currents of short-circuit tests （單位: A）

3.1 累積短路試驗

圖4為基于累積短路試驗法獲取變壓器承受短路沖擊的能力及可靠性評價的流程。

圖4 累積短路試驗研究流程

變壓器各類狀態量檢測和分析包括試驗過程中的振動、噪聲、油流和油壓信號，每次試驗完成后測量短路阻抗。其中，阻抗變化是主要的判斷依據，用于確定是否結束該相試驗。而變壓器的振動和噪聲等測量則作為輔助判斷數據[10]，通過對比每次沖擊的瞬時波形和幅值變化，來支撐阻抗判斷結果。

圖5為本次試驗研究中的狀態量測試情況。試驗過程中采集了編號為①～⑤的信號，分別表示頂部油流速、油箱振動a套、油箱振動b套、箱壁油壓和繞組振動。

圖5 短路試驗現場特征量測試

為了確保變壓器試驗過程的安全，參考國家標準對阻抗的控制規范，本文不僅使用阻抗絕對變化率的標準判斷方法，還提出并應用了改進的累積短路試驗方法和結束判斷條件，即阻抗相對變化率的判斷方法。這種改進方法能夠更全面地評估變壓器的試驗狀態，并提供更準確的結束判斷依據。此種判斷方法的表達式為

式中，DZa和DZr分別為第次短路阻抗絕對變化率與相對變化率；Z為第次短路試驗后的短路阻抗；0為短路試驗前測量的短路阻抗。DZa接近1.0%或DZr接近0.3%為試驗結束的判斷閾值。

3.2 試驗數據分析

本次三相六組短路試驗總共進行了122次，其中一組試驗最少8次，最多33次，表3及圖6為典型的B相高壓-低壓（High Voltage-Low Voltage, HV-LV）短路試驗為例，對本文提出的評價方法應用進行說明。

表3 短路試驗數據分析

Tab.3 Data analysis of short circuit tests

圖6 B相HV-LV短路試驗

根據表2統計信息，預判承受電流為3 564 A，對應的低壓徑向壓縮應力為36.4 MPa。以第24次試驗電流4 041 A為分析基準電流MT，得到一組。取0=0.5，假設0=1.15時，可求得=0.007 84，d=5.008。最終確定變壓器承受短路的最大電流為4 333.4 A，臨界壓縮應力為50.8 MPa。

觀察試驗數據可知：

（1）隨著載荷比例系數增大，可靠性損失系數s也會增加。

（2）隨著試驗次數及試驗電流增大，短路阻抗相對變化率D會增加，同時，預測剩余機械壽命會逐漸減少，直到達到臨界條件1.0。

根據試驗結果，相對于仿真預判電流，適當的工藝加強對繞組的短路能力是必要且實用的。如果不考慮短路的累積效應，變壓器承受短路的最大電流應為表3中的4 041 A，這相當于考慮了累積損傷結果的96.96%。同時，當考慮累積損傷評價方法時，耐受電流沖擊能力可以單獨承受4 041 A的沖擊7次，而不考慮累積損傷的情況下，只能承受3次沖擊。這進一步證明了考慮累積損傷的重要性。

試驗后，解體各繞組，不同繞組在安全系數薄弱的位置發生累積損壞。圖7展示了部分解體繞組的照片，左圖為中壓內繞組輻向屈曲變形，右圖為高壓外繞組軸向倒伏照片。

圖7 繞組解體照片

通過使用本研究提出的基于相對變化率判斷的短路試驗方法，觀察到了明顯的變形現象，同時未出現由于機械損傷引起的次生絕緣擊穿或內部短路現象。這表明基于相對變化率判斷方法研究短路累積損傷是非常有效的。

3.3 影響因素分析

表4 計及累積效應的臨界承受電流

Tab.4 Critical current considering cumulative effect

表4中，不同d對臨界承受電流的影響較大。d=9時，偏差為4.56%，計算式為

d=2時，偏差將增大至14.48%，計算式為

分析產生上述偏差的原因：阻尼比d定義為后半段損失系數與前半段損失系數的比值，表征了系統的阻尼特性。阻尼比越小，則越早產生累積效應越明顯，這意味著每次短路的貢獻越大，繞組實際承受短路的能力與最大試驗電流偏差會更大。

基于上述分析結果，增加阻尼可以限制小電流沖擊的累積損傷，提高繞組機械可靠性。除了提高銅導線屈服強度和絕緣墊塊的材料機械性能、增加壓緊力及繞組綁扎等工程方法外，定期檢測也是非常重要的。通過定期檢測，可以及時發現和修復繞組中的潛在缺陷，避免損傷進一步擴大。

因此，本文提出的短路累積機械損傷評價方法可適用于不同理論校核體系。為確保評價的準確性，控制本文中提出的阻尼比d非常重要。課題組后期將加強對材料和結構的非線性特性產生的阻尼作用的研究，通過更多的仿真或試驗分析來獲取更準確的d值。

4 結論

基于自定義可靠性損失系數，本文提出了一種電力變壓器短路累積機械損傷評價方法。該方法使用指數型曲線模擬，通過考慮變壓器出廠時承受短路的能力、短路電流幅值和短路次數對繞組累積損傷的影響，可以對繞組累積損傷問題進行準確的計算和分析。

該方法通過一臺新制造的容量為50 MV·A、電壓為110 kV的變壓器的破壞性累積短路試驗完成了應用驗證。通過該方法，可以對變壓器的短路累積損傷問題進行量化計算，分析某次短路對繞組機械性能降低的影響，計算出能夠承受某一電流沖擊的次數，并預測剩余機械壽命系數。

總之，此種變壓器短路累積機械損傷評價方法為行業提供了一種量化計算手段，能夠更好地了解和評估變壓器短路引起的繞組機械損傷情況，對于變壓器的設計、運行和維護具有重要的指導意義。

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An Evaluation Method for Short-Circuit Cumulative Mechanical Damage of Power Transformer

1,22234

（1. College of Information Engineering Southwest University of Science and Technology Mianyang 621010 China 2. College of Electrical and Information Engineering Hunan University Changsha 410082 China 3. Electric Power Research Institute Guangdong Power Grid Co. Ltd Guangzhou 510080 China 4. College of Electrical and Information Engineering Changsha University of Science and Technology Changsha 410114 China）

Multiple short circuits can gradually accumulate mechanical damage to the windings, leading to the failure of power transformers. However, a quantitative assessment method is lacking to evaluate such damage, and grasping the mechanical state of the transformer winding after a short-circuit impact is challenging. The cumulative damage of windings caused by multiple short circuits is still an urgent problem in the industry, which poses a threat to the secure operation of power grids. Therefore, this paper proposes an evaluation method for assessing the accumulated mechanical damage caused by short circuits in power transformer windings, considering the nonlinear characteristics of windings and the cumulative process.

Firstly, the method utilizes the damping ratio and reliability loss coefficient as features. Exponential curves are used to simulate the mechanical weakening process of windings. Additionally, the initial short-circuit withstanding capability, short-circuit current magnitude, and the number of faults are considered. The influence of a short circuit on the mechanical performance of the winding is theoretically analyzed, the number of times that it can withstand a current impact is calculated, and the residual mechanical life coefficient is predicted.

The correctness of this evaluation method is validated through destructive short-circuit tests on a 50 MVA/110 kV power transformer. This three-phase, three-winding, differential-designed transformer provides six sets of short-circuit test data. The end of the test is determined by gradually increasing the loading current and the relative change rate of the impedance. 122 short circuit tests are implemented, ranging from 8 times to a maximum of 33 times. All the windings are disassembled after short-circuit tests. Several significant deformations are observed, consistent with predicted failure forms. Moreover, no secondary insulation breakdown or internal short circuit faults caused by mechanical damage are reported. Taking multiple short circuit tests as an example, the dynamic curve of winding mechanical life is obtained, and the dynamic ability of transformer winding to withstand short circuits in operation is characterized.

By analyzing critical parameters of the evaluation method, it is found that the influence deviation of different checking systems on cumulative effect evaluation results is less than 1%, and the influence of the damping ratio on the cumulative effect is more than 10%. Therefore, this method is suitable for different checking algorithms. Process control and auxiliary strengthening measures can enhance the withstanding ability for short circuits and reduce cumulative damage or winding destruction.

In a word, the method provides a quantitative calculation method for evaluating short-circuit cumulative mechanical damage. Moreover, this method can better describe the winding mechanical state after short circuits, which can provide a reference to transformer design, operation, and maintenance.

Power transformer, short circuit, cumulative damage, reliability, evaluation

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.230120

TM411

國家自然科學基金項目（52061130217）和中國南方電網有限責任公司研究開發項目（036100KK52200045）資助。

2023-02-06

2023-07-28

歐 強 男，1983年生，博士，高級工程師，研究方向為高壓電磁設備的設計和性能優化，電力變壓器電磁場和短路強度領域的理論研究和應用。E-mail: 361885843@qq.com

羅隆福 男，1962年生，男，教授，博士生導師，研究方向為電能變換系統與裝備理論、HVDC 系統的關鍵技術與裝備研制等。E-mail: llf@hnu.edu.cn（通信作者）

（編輯 崔文靜）