配电变压器绕组抗短路能力计算与评估技术研究

王耀军

摘要：配电变压器是电力系统输配电的关键组成部分，其运行的安全性和稳定性将直接影响到人们生产和生活的方方面面。配电变压器突然短路是电能质量的大中型案例，严重威胁到电路的稳定运行和人员、财产的生命安全。变压器短路时，由于短路电能的大小与短路电流的平方成正比，绕组产生的电流会产生巨大的短路电功率。变压器很强，如果不采取有效的短路冲击预防措施，将对变压器产生持续的破坏作用，并威胁电网设备的运行安全。

关键词：配电变压器；绕组抗短路能力计算；评估技术

1变压器工作原理

变压器根据电磁感应原理工作，一、二次绕组通过不断变化的磁通量感应电压。如图1表示了由两个线圈组成的单相变压器。铁心采用导磁材料硅钢和非晶合金材料来连接一、二次绕组的耦合，为了减少变压器工作时候贴心的涡流损耗，铁心叠片形式。在空载运行的状态下，变压器的一次绕组连接。

图1变压器工作原理示意图

2电力变压器短路电动力的产生机理

例如，具有两个线圈的变压器在正常状态下通过一组线圈内的流量，而副理论则检测同一线圈区域内相同线圈的两个线圈周围的相反电流。如果周围两组的高度相等，则会在绕线的水平方向产生径向力fr，绕线的电流与轴向绝缘面漏电栏位BA重合，如图2所示。FR在作用于高压组时沿圆周方向分布，因此高压轨道在组周围径向方向有很大的趋势。当低气压轨道运行时，会出现径向向内应力，从而增大两个线圈之间的主喷射。

图2同心式线圈漏磁场分布

卷轴的末端还有绝缘面漏电方块br的径向元件，如图2 (b)、图3 (b)、图4 (b)所示。当两个线圈的高度不匹配或存在连接段时，线圈的分布不平衡，向上辐射导致额外的泄漏b′r，如图3 (c)所示。线圈电流循环和BR在组末端产生轴向力FA，轴向力FA确保两个线圈的均匀向内压缩趋势(见图3和图4)。漏组件B- r产生的轴向力f-a导致分离区的持续上升趋势，并对低压线圈产生压力应力。BR和B- r产生的轴向力(f-a-fa)作用于高压回路的两端，并且在(f-a-fa)0处不可承受。如图3 (c)所示，漏电距离组件b’r导致低压线圈上升，而高压线圈产生向下拉伸，在相反力的情况下，低压线圈的高程差在两个方向上继续增大。

图3高度不等的线圈漏磁场分布

图4有分接线段的线圈漏磁场分布

3绕组各区间安匝百分数、平均电抗高度计算

起始层和正常层之间的每层绕组比为k9≥每个高压间隙的高度与电气电压的比率K0。高压绕组的安全绕组率kH=计算层数(9)×正常层每层匝数(115)×每间隔总初始匝数(1029)×100，电流高度与高压电压的总比率低压间隔匝间保护百分比KL=100区间反应器高度值高低压不平衡%α=高低压平衡安全转向百分比ka=(所有区间高压安全转向百分比+低压安全转向百分比)/2；高低压反应器的平均高度hp=不同区间压阻总和/2。各绕组部分电抗高度见表1。

表1绕组各分区电抗高度

绕组各分区安匝百分数及平均电抗高度计算值见表2

如表2所示，安匝分布趋势始于第1区末端的下降-上升-上升-下降，其中每个区的平均电抗高度(hp1、hp2、hp3、hp4)与垂直线成比例，并且在边界点形成不平衡左右分布指向轴向力的相反方向，左方向为负方向，右方向为正方向。分析结果:如图5所示，总共有2组漏磁。

图5绕组不平衡安匝分布

4提高抗短路能力措施

5.1电磁设计及结构设计方面

(1)缠绕结构。由于旋转紧密，所需的圆形截面变形小，应优先考虑圆形结构。采用非圆形结构时，应在线材及工艺措施方面加强绕组，低压绕组应优先采用箔绕组。(2)卷取过程系数。绕组系数反映了高低压绕组的绕组程度。如果绕组的径向尺寸和轴线尺寸过大，应采取优化绕组工艺、提高工作水平等措施，确保绕组尺寸满足设计要求，而不是提高绕组工艺系数，以满足现有制造工艺水平。(3)安培余额。圆柱结构的绕组比平面结构更容易实现反力分布平衡。低压绕组最好用铜箔缠绕。这样，高压绕组的抗战高度均匀，绕组比分布均匀。此时可以忽略横向磁通泄漏，轴向短路力最小化，减少对上、下芯卡箍、壳体固定器和卡子的影响。

5.2材料选取方面的措施

采用优质材料也是保证产品质量、提高变压器抗短路能力的有效方法。(1)通过高质量半固态铜线或不带氧的铜线，可以通过短路电流不带畸变地携带强短路机。(2)提高电磁兼容性，以承受较强的短路机械力、绝缘损伤或变压器消失。(3)绕过低压绕组时，在绝缘点使用平板优先。低压组之间的绝缘需要一张干燥后形成的自由胶纸，并在组内整体施加低压。(4)所有支架和挡板均经过高度加工，防止因短路机损坏。

结束语

变压器短路对电网运行非常危险。为了避免事故，需要进行有效的控制以确保变压器和电网的安全运行。当前电力变压器的设计、处理和结构不足。为了提高电力变压器对短路的抗御能力，需要进一步研究和改进今后的生产工艺。

参考文献

[1]于少泽.配电变压器抗短路能力分析及提升措施[D].山东理工大学,2019

[2]陈友鹏.配电变压器抗短路能力研究[D].广东工业大学,2019