变压器绕组变形的分析判断和处置
变压器绕组变形的分析判断和处置
摘要：当变压器承受外界短路冲击跳闸时，主要采用的绕组变形判定方法是低电压短路阻抗法；因试验条件、环境等因素的影响，短路阻抗法的试验结果关联性分析不强，需要采用其他试验方法进行验证。本文对绕组电容量和短路阻抗之间的变化关系进行定性分析，发现了变压器低压、中压绕组发生变形时，电容量和阻抗电压百分数会相应变化。依据220kV变压器抗短路不足典型案例进行阻抗试验、电容量试验和解体分析，提出变压器绕组变形综合判定方法。
关键词：变压器；绕组变形；判断；位置
引言
电力系统中变压器是基础设备，它是否安全运行，直接影响了供电系统的安全。变压器制造完成后，其线圈和内部结构及每个线圈的频率响应特性也就确定了。变压器无论是运输过程的撞击而导致的变压器线圈相对位移，或是试验出现的匝间、相间短路，又或是运行中的短路和故障产生的电磁拉力而导致的线圈变形等现象，都会改变内部绕组的分布参数，使变压
器的谐振频点偏移、频率响应幅度变化。频率响应测试是一种量化处理，是依据变化量的大小、频率响应变化的幅度、频率响应变化的趋势等测量结果确定变压器的破坏程度。因此有必要对变压器绕组变形测试仪的校准，而变压器绕组变形测试仪是否符合其技术指标，对变压器甚至对整个电力系统都有重要性。
1绕组变形产生的原因
变压器绕组变形可分为:径向拉伸、径向压缩、轴向延伸、轴向压缩、轴向套叠和绕组扭曲。绕组形变会导致变压器内部绕组发生不同类型的故障，为变压器的安全运行留下隐患。绕组变形主要有以下几种原因:①变压器在遭受各种短路电流的冲击后，绕组中流过的电流远大于正常运行时的电流，在变压器内部产生较大磁场，强大的电动力引发绕组变形，绕组变形主要是由于短路故障引起。②变压器在远距离运输或者安装时，意外的碰撞和颠簸有可能导致变压器绕组发生变形。③变压器绕组的保护系统不完善或者动作失灵，故障时长时间承受故障电流，会加剧变压器绕组形变。变压器绕组发生变形后，会导致内部绝缘破坏引发匝间短路或导致局部放电，由于绝缘距离发生改变造成场强过高，击穿变压器主体结构，从而降低变压器抗短路能力。
2变压器绕组形变过程
2.1变压器漏磁场产生的原因
当电源加在变压器某一绕组上后，变压器的铁磁材料内就会产生磁通，它沿铁磁材料构成环路闭合，同时与原、副绕组交链，称为主磁通。主磁通是变压器进行一二次绕组之间进行能量传递的媒介，其大小取决于励磁电压大小。在负载电流通过绕组时，会在绕组附近区域产生磁通。这种沿空气、油箱壁等非导磁媒质闭合磁通路径称为漏磁通。漏磁场的形成，主要是由于铁磁性材料的磁导率过大，相比空气的磁导率要大得多。漏磁通的大小主要取决于负载电流的安匝大小和漏磁路径，而绕组上电磁力的大小又直接受到漏磁场的影响。因此，要想分析计算电磁力的大小，必须准确计算漏磁场的大小。
2.2绕组电动力
当在电网中运行的变压器与负载连接后，变压器绕组及其附近区域产生漏磁场，漏磁场本身的分布情况非常复杂。为了便于研究，通常把漏磁场简化成轴向漏磁场By与辐向漏磁场Bx。变压器的绕组在有电流通过时，会在漏磁场中产生力的效果，而这个力则被称为是绕组电磁
力。由左手定则可知，轴向漏磁产生的是辐向力Fx，辐向漏磁则产生轴向力Fy。由于变压器内的电流、磁场都是时变的，则绕组上的电磁力也是时变的。
2.3绕组应力的概念
与形变产生受到固定作用的物体不能发生位移，若此时在外力作用下，其几何形状和尺寸发生变化，则将这种变化称为应变。材料发生形变时内部产生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力，定义单位面积上的这种反作用力为应力。当物体受到外部因素(气压变化等)而变形时，在物体内各部分之间将产生相互作用的内力，以抵抗外部因素所带来的扰动，并力图使物体从变形后的位置回复到变形前的位置。在所考察的截面某一点单位面积上的内力称为应力。根据应力方向的不同，物理上可以将应力分为正应力和切应力，正应力的方向与应变方向平行，而切应力的方向则与应变垂直。当变压器突发短路时，内、外绕组会受到数值巨大的辐向和轴向的电磁力，轴向电磁力作用在绕组上，表现为轴向的拉力或者压力，从而使得绕组会发生上下震动。对于辐向电磁力，外绕组上的辐向电磁力沿径向指向外，使外绕组上的导线受到环向拉伸应力;内绕组受到的辐向力沿径向指向铁芯，由于撑条的存在，内绕组并不会发生均匀压缩变形，这使内绕组上的导线在局部发生弯曲变形，内绕组上的导线会
受到环向压缩应力和弯曲应力的作用。在短路电磁力作用下，当绕组上导线弯曲应力与压缩或者拉伸应力的合应力超过导线材料的屈服强度时，绕组导线就会在导线所在平面内发生幅向或轴向形变。
3对变压器绕组变形的几点看法
从本次高厂变绕组变形的处置过程可以看出，以下几点非常关键:一是通过故障录波器,检查并确认变压器承受的短路电流值和短路冲击时间,并通过短路电流及累计冲击的次数,确定是否需要立即开展绕组变形等诊断试验。二是在变压器遭受冲击后,立即开展油谱分析,确保变压器无早期故障现象;在变压器无故障的情况下,做好运行监控，防范系统再次短路冲击变压器。三是达到短路冲击次数要求的变压器,要立即按照《电力设备预防性试验规程》(DL/T596—1996)要求,开展直阻、绕组间及对地电容、短路阻抗、频响特性、空载电流和损耗试验,必要时进行局放试验,对变压器进行进一步诊断。四是诊断试验显示变压器存在明显变形问题的,要尽快安排吊罩检查,评估变压器绕组变形的程度,并进行修复。五是修复后的变压器要重新进行变比、绕组变形、短路阻抗、交流耐压、局放等全套试验,评估变压器修复效果,留存变压器修复后的原始数据并作为下次试验数据比对的初始值。六是要汲取短路冲击教
训,采取措施避免变压器再次遭受系统短路冲击，确保变压器长周期安全运行;变压器投运后,按照规程要求持续跟踪变压器油谱。
4意见和建议
对于系统的区外故障,只有继电保护专业通过定期检查故障录波器,才能发现变压器所承受的短路电流值和时间,而这﹖个数据恰恰是电气一次专业对变压器开展状态分析的关键。因此,建立变压器短路冲击台账记录,并定期向电气一次专业通报数据非常重要,应健立完善类似机制。根据台账记录,适时开展变压器状态评估,做好短路冲击后的诊断试验,对防范变压器绕组变形诱发短路事故意义重大,应加以重视。对遭受冲击后的主变压器,应采取变更中性点运行方式、提高继电保护动作可靠性和快速性、采取措施避免短路频次等手段,避免变压器再次遭受冲击，这也是防范大型变压器事故的关键。
结束语
变压器的维护和运行是精细化程度很高的一项工作，细节千丝万缕，一旦出故障，发电端、运行网络和用电客户端可能会出现连带式大面积的故障。需要重点关注套管的清洁、冷却系
统、系统链接、介质损耗及维护、接地性是否良好以及日常检修的规范化操作。同时，变压器的故障也受到外界环境的直接或者间接的干扰，考虑变压器的安全与稳定，也要在其外界环境上做好更全面的考量与预防。
参考文献
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交互池和变形器怎么卸载
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