變壓器繞組變形原因及危害

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變壓器繞組變形原因及危害
1．  什么是繞組變形？
電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T911-2004《電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法》對繞組變形的定義是：電力變壓器繞組在機(jī)械力或電動(dòng)力作用下發(fā)生的軸向或徑向尺寸變化，通常表現(xiàn)為繞組局部扭曲、鼓包或移位等特征。變壓器在遭受短路電流沖擊或運(yùn)輸過程中遭受沖撞時(shí)，均有可能發(fā)生繞組變形現(xiàn)象，它將直接影響變壓器的安全運(yùn)行。
2．  繞組變形的原因
造成繞組變形的主要原因有：
2.1短路故障電流沖擊
 
電力變壓器在運(yùn)行過程中，不可避免地要遭受各種短路電流的沖擊，特別是變壓器出口或近區(qū)短路故障，巨大的短路沖擊電流將使變壓器繞組受到很大的電動(dòng)力（是正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)十倍至數(shù)百倍），并使繞組急劇發(fā)熱。在較高的溫度下，導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度變小，電動(dòng)力更容易使繞組破壞或變形。
短路故障電流沖擊是變壓器繞最主要外因。
眾所周知，電力變壓器線圈是以絕緣墊塊隔開的銅或鋁線段所構(gòu)成的。這種系統(tǒng)的動(dòng)特性在發(fā)生突發(fā)短路時(shí)是變化的。因?yàn)榻^緣熱的彈性與其壓緊程度有關(guān)，即與作用力有關(guān)。電動(dòng)力本身也不是恒定不變的，而是按照復(fù)雜的規(guī)律變化。雖然對短路時(shí)作用在變壓器線圈上的電動(dòng)力的研究始于四十年代，但是由于動(dòng)態(tài)過程分析的復(fù)雜性，到目前為止尚不能用理論計(jì)算結(jié)果正確反映出變壓器隨突發(fā)短路電流沖擊的能力。
 a)擴(kuò)張徑向力                         b)壓縮徑向力
理論分析表明，作用在變壓器上的電動(dòng)力可分為軸向（縱向）和徑向（橫向）力兩種。徑向力的作用方向取決于線圈相互位置及其電流的方向，對雙線圈變壓器而方，徑向力拉伸外部線圈，奔竄內(nèi)部線圈，為了提高內(nèi)部線圈對徑向力的剛度。通常是將線圈繞制在由絕緣筒支撐的條上。此時(shí)，該線圈不但要隨到壓縮力作用，還會(huì)同時(shí)受到撐條所產(chǎn)生的彎曲力作用，如果所受到的合應(yīng)力超過線圈剛度的屈服點(diǎn)，必將導(dǎo)致線圈發(fā)生永久變形，出現(xiàn)經(jīng)常見到的梅花狀或鼓包狀繞組變形現(xiàn)象。
變壓器線圈遭受到的軸向力可使線段和線匝在豎直方向彎曲，壓縮線段間的墊展示會(huì)，并部分地傳遞到鐵軛，力求使其離開心柱。通常，最大的彎曲力產(chǎn)生在位于線圈端部的線段中，而最大的壓縮力則出現(xiàn)在位于線圈高度中心的墊塊上。當(dāng)線圈不等高時(shí)（主要由于高壓分接頭所致）或磁勢頒布不均勻時(shí)，軸向力較之徑向力更能引起變壓器事故。
由此可見，當(dāng)變壓器在運(yùn)行過程中遭受突發(fā)性短路故障電流沖擊時(shí)，每個(gè)線圈都將宏觀世界到強(qiáng)大的徑向力和軸向力的共同作用。變壓器繞組寢故障的表現(xiàn)形式大多表現(xiàn)為內(nèi)繞組出現(xiàn)變形（尤其是對自耦變壓器），發(fā)知鼓包、扭曲、移位等不可恢復(fù)的變形現(xiàn)象，其發(fā)展的典型形式是絕緣破壞，隨后出現(xiàn)餅間擊穿、匝間短路、主絕緣放電或完全擊穿。
2.2在運(yùn)輸、安裝或者吊罩過程中，可能會(huì)受到意外的沖撞、顛簸和振動(dòng)等，導(dǎo)致繞組變形。
2.3保護(hù)系統(tǒng)有死區(qū)，動(dòng)作失靈
保護(hù)系統(tǒng)存在死區(qū)或動(dòng)作失靈都會(huì)導(dǎo)致變壓器承受穩(wěn)定短路電流作用的時(shí)間長，也是也是造成變壓器繞組變形故障的原因之一。粗略統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在遭受外部短路時(shí)，因不能及時(shí)跳閘而發(fā)生損壞的變壓器約占短路損壞事故的30%。
2.4繞組承受短路能力下降
當(dāng)變壓器繞組出現(xiàn)短路時(shí)，會(huì)因其承受不了短路電流沖擊力而發(fā)生變形。近幾年來，對全國110KV的電力變壓器事幫統(tǒng)計(jì)分析表明，因繞組承受短路能力不夠已成為電力變壓器事故的首要內(nèi)部原因，嚴(yán)重影響電力變壓器的安全、可靠運(yùn)行。
3、繞組變形的危害
繞組變形是電力變壓器安全運(yùn)行的一大隱患。多臺(tái)變壓器的實(shí)際試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)表明，繞組變形后，絕緣試驗(yàn)和油的試驗(yàn)都難于發(fā)現(xiàn)，表現(xiàn)為潛伏性故障。
按照第12屆國際大電網(wǎng)會(huì)議委員會(huì)的評估，變壓器繞組的許多絕緣故障均是由于絕緣的最初機(jī)械損傷造成的。變壓器在遭受短路故障電流沖擊，繞組發(fā)生局部變形后，即使沒有立即損壞，也有可能留下嚴(yán)重的故障隱患，例如：
a)             
絕緣距離發(fā)生改變，固體絕緣受到損傷，導(dǎo)致局部放電發(fā)生，當(dāng)遇到雷電過電壓作用時(shí)有可能發(fā)生匝間、餅間擊穿，導(dǎo)致突發(fā)性絕緣事故，甚至在正常運(yùn)行電壓下，因局部放電的長期作用而發(fā)生絕緣擊穿事故。
b)              繞組機(jī)械性能下降，當(dāng)再次遭受短路事故時(shí)，將承受不住巨大的電動(dòng)力作用而發(fā)生損壞。
既然變壓器繞組變形不可避免，怎樣檢測變壓器繞組是否發(fā)生了變形？變形的程度如何能否繼續(xù)運(yùn)行？如果有嚴(yán)重變形，變形的位置？怎樣處理？
因此，積極開展變壓器繞組變形診斷工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)那些有繞組變形的變壓器，并有計(jì)劃地進(jìn)行員罩檢查和檢修，不但可節(jié)省大量的人力、物力、對防止變壓器事故的發(fā)生也有及其重要的作用。
目前，世界各國都在積極開展變壓器繞組變形診斷工作，有些國家甚至把該項(xiàng)簇在變壓器預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目的首要位置。
國家電力公司在國電發(fā)[2000]589號文《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》中，已明確把繞組變形試驗(yàn)列入變壓器出廠、交接和發(fā)生短路事故后的必試項(xiàng)目。相關(guān)部分條款摘錄如下：
（1）       第15.2.5條：對110KV及以上電壓等級變壓器在出廠和投產(chǎn)前應(yīng)做低電壓短路阻抗或用頻響法測試?yán)@組變形，以留原始記錄；
（2）       第15.6條：變壓器在遭受近區(qū)突發(fā)短路后，應(yīng)做低電壓短路阻抗或用頻響法測試?yán)@組變形，并與原始記錄比較，判斷變壓器無故障后，方可投運(yùn)。
（3）      
第20.2.9條：訂購變壓器時(shí)，應(yīng)要求廠家提供變壓器繞組頻率響應(yīng)特性曲線、做過突發(fā)短路試驗(yàn)變壓器的試驗(yàn)報(bào)告和抗議短路能力動(dòng)態(tài)計(jì)算報(bào)告；安裝調(diào)試應(yīng)增做頻率響應(yīng)特性試驗(yàn)；運(yùn)行中發(fā)生變壓器出口短路故障后應(yīng)進(jìn)行頻率響應(yīng)試驗(yàn)，繞組變形情況的測試結(jié)果，作為變壓器能否繼續(xù)運(yùn)行的判據(jù)之一。
2004年12月14日，國家發(fā)改委發(fā)布了電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T911-2004《電力變壓器繞組變形的頻率響應(yīng)分析法》，該標(biāo)準(zhǔn)適用于6KV及以上電壓等級電力變壓器及其他特殊用途的變壓器。