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)標準DL/T911-2004《電力變壓器繞組變形的頻率響應分析法》對繞組變形的定義是：電力變壓器繞組在機械力或電動力作用下發(fā)生的軸向或徑向尺寸變化，通常表現為繞組局部扭曲、鼓包或移位等特征。變壓器在遭受短路電流沖擊或運輸過程中遭受沖撞時，均有可能發(fā)生繞組變形現象，它將直接影響變壓器的安全運行。
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力（是正常運行時的數十倍至數百倍），并使繞組急劇發(fā)熱。在較高的溫度下，導線的機械強度變小，電動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成的。這種系統的動特性在發(fā)生突發(fā)短路時是變化的。因為絕緣熱的彈性與其壓緊程度有關，即與作用力有關。電動力本身也不是恒定不變的，而是按照復雜的規(guī)律變化。雖然對短路時作用在變壓器線圈上的電動力的研究始于四十年代，但是由于動態(tài)過程分析的復雜性，到目前為止尚不能用理論計算結果正確反映出變壓器隨突發(fā)短路電流沖擊的能力。
 a)擴張徑向力                         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，奔竄內部線圈，為了提高內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，該線圈不但要隨到壓縮力作用，還會同時受到撐條所產生的彎曲力作用，如果所受到的合應力超過線圈剛度的屈服點，必將導致線圈發(fā)生永久變形，出現經常見到的梅花狀或鼓包狀繞組變形現象。
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，并部分地傳遞到鐵軛，力求使其離開心柱。通常，最大的彎曲力產生在位于線圈端部的線段中，而最大的壓縮力則出現在位于線圈高度中心的墊塊上。當線圈不等高時（主要由于高壓分接頭所致）或磁勢頒布不均勻時，軸向力較之徑向力更能引起變壓器事故。
由此可見，當變壓器在運行過程中遭受突發(fā)性短路故障電流沖擊時，每個線圈都將宏觀世界到強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形式大多表現為內繞組出現變形（尤其是對自耦變壓器），發(fā)知鼓包、扭曲、移位等不可恢復的變形現象，其發(fā)展的典型形式是絕緣破壞，隨后出現餅間擊穿、匝間短路、主絕緣放電或完全擊穿。
2.2在運輸、安裝或者吊罩過程中，可能會受到意外的沖撞、顛簸和振動等，導致繞組變形。
2.3保護系統有死區(qū)，動作失靈
保護系統存在死區(qū)或動作失靈都會導致變壓器承受穩(wěn)定短路電流作用的時間長，也是也是造成變壓器繞組變形故障的原因之一。粗略統計結果，在遭受外部短路時，因不能及時跳閘而發(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
當變壓器繞組出現短路時，會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計分析表明，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部原因，嚴重影響電力變壓器的安全、可靠運行。
3、繞組變形的危害
繞組變形是電力變壓器安全運行的一大隱患。多臺變壓器的實際試驗經驗表明，繞組變形后，絕緣試驗和油的試驗都難于發(fā)現，表現為潛伏性故障。
按照第12屆國際大電網會議委員會的評估，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，導致局部放電發(fā)生，當遇到雷電過電壓作用時有可能發(fā)生匝間、餅間擊穿，導致突發(fā)性絕緣事故，甚至在正常運行電壓下，因局部放電的長期作用而發(fā)生絕緣擊穿事故。
b)              繞組機械性能下降，當再次遭受短路事故時，將承受不住巨大的電動力作用而發(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)運行？如果有嚴重變形，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，及時發(fā)現那些有繞組變形的變壓器，并有計劃地進行員罩檢查和檢修，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簇在變壓器預防性試驗項目的首要位置。
國家電力公司在國電發(fā)[2000]589號文《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求》中，已明確把繞組變形試驗列入變壓器出廠、交接和發(fā)生短路事故后的必試項目。相關部分條款摘錄如下：
（1）       第15.2.5條：對110KV及以上電壓等級變壓器在出廠和投產前應做低電壓短路阻抗或用頻響法測試繞組變形，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，應做低電壓短路阻抗或用頻響法測試繞組變形，并與原始記錄比較，判斷變壓器無故障后，方可投運。
（3）      
第20.2.9條：訂購變壓器時，應要求廠家提供變壓器繞組頻率響應特性曲線、做過突發(fā)短路試驗變壓器的試驗報告和抗議短路能力動態(tài)計算報告；安裝調試應增做頻率響應特性試驗；運行中發(fā)生變壓器出口短路故障后應進行頻率響應試驗，繞組變形情況的測試結果，作為變壓器能否繼續(xù)運行的判據之一。
2004年12月14日，國家發(fā)改委發(fā)布了電力行業(yè)標準DL/T911-2004《電力變壓器繞組變形的頻率響應分析法》，該標準適用于6KV及以上電壓等級電力變壓器及其他特殊用途的變壓器。