根據(jù)近幾年的變壓器因出口短路而發(fā)生損壞的情況,變壓器在短路故障時(shí),其損壞主要有以下幾種特征及產(chǎn)生的原因。
1.1軸向失穩(wěn)
這種損壞主要是在輻向漏磁產(chǎn)生的軸向電磁力作用下,導(dǎo)致變壓器繞組軸向變形,該類事故占整個(gè)損壞事故的32.9%。
1.1.1線餅上下彎曲變形
這種損壞是由于兩個(gè)軸向墊塊間的導(dǎo)線在軸向電磁力作用下,因彎矩過大產(chǎn)生永久性變形,通常兩餅間的變形是對(duì)稱的。
1.1.2繞組或線餅倒塌
這種損壞是由于導(dǎo)線在軸向力作用下,相互擠壓或撞擊,導(dǎo)致傾斜變形。如果導(dǎo)線原始稍有傾斜,則軸向力促使傾斜增加,嚴(yán)重時(shí)就倒塌;導(dǎo)線高寬比例大,就愈容易引起倒塌。
端部漏磁場(chǎng)除軸向分量外,還存在輻向分量,二個(gè)方向的漏磁所產(chǎn)生的合成電磁力致使內(nèi)繞組導(dǎo)線向內(nèi)翻轉(zhuǎn),外繞組向外翻轉(zhuǎn)。
1.1.1繞組升起將壓板撐開
這種損壞往往是因?yàn)檩S向力過大或存在其端部支撐件強(qiáng)度、剛度不夠或裝配有缺陷。
1.2輻向失穩(wěn)
這種損壞主要是在軸向漏磁產(chǎn)生的輻向電磁力作用下,導(dǎo)致變壓器繞組輻向變形,占整個(gè)損壞事故的21.2%。
1.2.1外繞組導(dǎo)線伸長(zhǎng)導(dǎo)致絕緣破損
輻向電磁力企圖使外繞組直徑變大,當(dāng)作用在導(dǎo)線的拉應(yīng)力過大會(huì)產(chǎn)生永久性變形。這種變形通常伴隨導(dǎo)線絕緣破損而造成匝間短路,嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起線圈嵌進(jìn)、亂圈而倒塌,甚至斷裂。
1.2.2繞組端部翻轉(zhuǎn)變形
端部漏磁場(chǎng)除軸向分量外,還存在輻向分量,二個(gè)方向的漏磁所產(chǎn)生的合成電磁力致使繞組導(dǎo)線向內(nèi)翻轉(zhuǎn),外繞組向外翻轉(zhuǎn)。
1.2.3內(nèi)繞組導(dǎo)線彎曲或曲翹
輻向電磁力使內(nèi)繞組直徑變小,彎曲是由兩個(gè)支撐(內(nèi)撐條)間導(dǎo)線彎矩過大而產(chǎn)生永久性變形的結(jié)果。如果鐵心綁扎足夠緊實(shí)及繞組輻向撐條有效支撐,并且輻向電動(dòng)力沿圓周方向均布的話,這種變形是對(duì)稱的,整個(gè)繞組為多邊星形。然而,由于鐵芯受壓變形,撐條受支撐情況不相同,沿繞組圓周受力是不均勻的,實(shí)際上常常發(fā)生局部失穩(wěn)形成曲翹變形。
1.3引線固定失穩(wěn)
這種損壞主要由于引線間的電磁力作用下,造成引線振動(dòng),導(dǎo)致引線間短路,這種事故較少見。
2 變壓器短路損壞的常見部位
根據(jù)近幾年的變壓器因出口短路而發(fā)生損壞的情況,變壓器在短路故障時(shí),其繞組損壞部位主要有以下幾種。
2.1對(duì)應(yīng)鐵軛下的部位
該部位發(fā)生變形原因有:(1)短路電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)是通過油和箱壁或鐵心閉合,由于鐵軛的磁阻相對(duì)較小,故大多通過油路和鐵軛間閉合,磁場(chǎng)相對(duì)集中,作用在線餅的電磁力也相對(duì)較大;(2)內(nèi)繞組套裝間隙過大或鐵心綁扎不夠緊實(shí),導(dǎo)致鐵心片二側(cè)收縮變形,致使鐵軛側(cè)繞組曲翹變形;(1)在結(jié)構(gòu)上,軛部對(duì)應(yīng)繞組部分的軸向壓緊是最不可靠的,該部位的線餅往往難以達(dá)到應(yīng)有的預(yù)緊力,因而該部位的線餅最易變形。
2.2調(diào)壓分接區(qū)域及對(duì)應(yīng)其他繞組的部位
該區(qū)域由于:(1)安匝不平衡使漏磁分布不均衡,其幅向額外產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)在線圈中產(chǎn)生額外軸向外力,這些力的方向總是使產(chǎn)生這些力的不對(duì)稱性增大。軸向外力和正常幅向漏磁所產(chǎn)生的軸向內(nèi)力一樣,使線餅向豎直方向彎曲,并壓縮線餅件的墊塊,除此之外,這些力還部分地或全部地傳到鐵軛上,力求使其離開心柱,出現(xiàn)線餅向繞組中部變形或翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象;
(2)該部位的線餅為力求安匝平衡或分接區(qū)間的應(yīng)有絕緣距離,往往要增加較多的墊塊,較厚的墊塊致使力的傳遞延時(shí),因而對(duì)線餅撞擊也較大;(1)繞組套裝后不能確保中心電抗高度對(duì)齊,致使安匝進(jìn)一步加劇不平衡;(2)運(yùn)行一段時(shí)間后,較厚的墊塊自然收縮量較大,一方面加劇安匝不平衡現(xiàn)象,另一方面受短路力時(shí)跳動(dòng)加?。?3)在設(shè)計(jì)時(shí)間為力求安匝平衡,分接區(qū)的電磁線選用了較窄或較小截面的線規(guī),抗短力能力低。
2.3換位部位
這部位的變形常見于換位導(dǎo)線的換位和單螺旋的標(biāo)準(zhǔn)換位處。
換位導(dǎo)線的換位,由于其換位的爬坡較普通導(dǎo)線的換位為陡,使線匝半徑不同的換位處產(chǎn)生相反的切向力,這對(duì)大小相等方向相反的切向力,致使內(nèi)繞組的換位向直徑變小,方向變形,外繞組的換位力求線匝半徑相同,使換位拉直,內(nèi)換位向中心變形,外換位向外變形,而且換位導(dǎo)線厚度越厚,爬坡越陡,變形越嚴(yán)重。另外,換位處還存在軸向短路電流分量,所產(chǎn)生的附加力,致使線餅變形加劇。
單螺旋的標(biāo)準(zhǔn)換位,在空間上要占一匝的位置,造成該部位安匝不平衡,同時(shí)又具有換位導(dǎo)線換位變形特征,因此該部位的線餅更容易變形。
2.4繞組的引出線
常見于斜口螺旋結(jié)構(gòu)的繞組,該結(jié)構(gòu)的繞組,由于二個(gè)螺旋口安匝不平衡,軸向力大,同時(shí)又有軸向電流存在,使引出線拐角部位產(chǎn)生一個(gè)橫向力而發(fā)生扭曲變形現(xiàn)象。另外螺旋繞組在繞制過程中,有剩余應(yīng)力存在,會(huì)使繞組力求恢復(fù)原狀現(xiàn)象,故螺旋結(jié)構(gòu)的繞組,受短路電流沖擊下更容易扭曲變形。
2.5引線間
常見于低壓引線間,低壓引線由于電壓低流過電流大,相位120度,使引線相互吸引,如果引線固定不當(dāng)?shù)脑?,?huì)發(fā)生相間短路。
3 變壓器短路故障原因分析
因變壓器出口短路導(dǎo)致變壓器內(nèi)部故障和事故的原因很多,也比較復(fù)雜,它與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原材料的質(zhì)量、工藝水平、運(yùn)行工況等因數(shù)有關(guān),但電磁線的選用是關(guān)鍵。從近幾年解剖變壓器,對(duì)其事故進(jìn)行分析來看,與電磁線有關(guān)的大致有以下幾個(gè)原因。
3.1基于變壓器靜態(tài)理論設(shè)計(jì)而選用的電磁線,與實(shí)際運(yùn)行時(shí)作用在電磁線上的應(yīng)力差異較大。
3.2目前各廠家的計(jì)算程序中是建立在漏磁場(chǎng)的均勻分布、線匝直徑相同、等相位的力等理想化的模型基礎(chǔ)上而編制的,而事實(shí)上變壓器的漏磁場(chǎng)并非均勻分布,在鐵軛部分相對(duì)集中,該區(qū)域的電磁線所受到機(jī)械力也較大;換位導(dǎo)線在換位處由于爬坡會(huì)改變力的傳遞方向,而產(chǎn)生扭矩;由于墊塊彈性模量的因數(shù),軸向墊塊不等距分布,會(huì)使交變漏磁場(chǎng)所產(chǎn)生的交變力延時(shí)共振,這也是為什么處在鐵心軛部、換位處、有調(diào)壓分接的對(duì)應(yīng)部位的線餅首先變形的根本原因。