變壓器故障之繞組變形的原因與預(yù)防

  變壓器繞組變形是變壓器運(yùn)行中常見(jiàn)的故障之一，其發(fā)生原因多樣，對(duì)變壓器的安全運(yùn)行構(gòu)成嚴(yán)重威脅。以下是對(duì)變壓器繞組變形的詳細(xì)分析：

一、變壓器繞組變形的主要原因

1. 設(shè)計(jì)、制造原因：

• 設(shè)計(jì)不合理，如短路強(qiáng)度不夠、動(dòng)穩(wěn)定性較差。

• 制造過(guò)程中存在缺陷或不合理因素，如壓緊件、支撐件的強(qiáng)度、剛度不夠，裝配時(shí)線(xiàn)圈的不同心、壓緊不良等。

2. 運(yùn)行中的短路故障：

• 變壓器在運(yùn)行中不可避免地要遭受各種短路故障的考驗(yàn)，若變壓器本身結(jié)構(gòu)中有不合理的地方或機(jī)械強(qiáng)度不夠，則會(huì)引起變壓器繞組的變形或位移。

• 短路過(guò)程中，繞組出現(xiàn)由固有和強(qiáng)迫振蕩所構(gòu)成的復(fù)雜振動(dòng)，導(dǎo)致絕緣產(chǎn)生松弛、墊塊錯(cuò)位、鐵芯螺絲松動(dòng)，繼而促使繞組發(fā)生變形。

3. 運(yùn)輸中的沖擊：

• 運(yùn)輸中的沖擊形成的巨大動(dòng)態(tài)力也會(huì)造成繞組的移位、變形。

二、變壓器繞組變形的主要形式和特點(diǎn)

1. 整體變形：

• 由運(yùn)輸過(guò)程中的沖擊、傾斜、振動(dòng)等外力造成，導(dǎo)致繞組位移。變形繞組的尺寸不變，但鐵芯的相對(duì)位移變化，繞組的電感和餅間電容保持不變，而對(duì)地電容變化。

2. 局部變形：

• 煎餅之間的局部變形使得一些松散的電線(xiàn)煎餅在短路電磁力的作用下受到擠壓，而其他一些電線(xiàn)煎餅被拉伸，導(dǎo)致電容變化。

3. 匝間短路：

• 繞組發(fā)生匝間短路后，電感值降低，頻譜曲線(xiàn)變化明顯，振幅增大，一些共振點(diǎn)峰值消失。但這種情況較難捕捉，且一旦發(fā)生，電線(xiàn)匝將燒壞，導(dǎo)致變壓器嚴(yán)重?fù)p壞。

4. 導(dǎo)線(xiàn)移位變形：

• 當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)較長(zhǎng)且固定不牢固時(shí)，在操作過(guò)程中會(huì)發(fā)生移位和變形。導(dǎo)線(xiàn)移位會(huì)導(dǎo)致等效電路中兩個(gè)端口的電容發(fā)生變化，進(jìn)而影響頻譜曲線(xiàn)。

5. 徑向變形：

• 繞組受到徑向力時(shí)，內(nèi)部繞組向內(nèi)收縮，直徑變小，電感變小。此時(shí)，內(nèi)外繞組之間的距離變大，其電容變小，頻譜中的共振峰向高頻方向移動(dòng)，振幅增大。

6. 軸向扭曲變形：

• 當(dāng)變壓器繞組之間的間隙較大或部分撐桿移位時(shí)，繞組在電磁力的作用下將沿軸向扭曲成S形。此時(shí)，一些餅間電容和對(duì)地電容減小。

三、變壓器繞組變形的危害

1. 變壓器損壞：

• 繞組變形可能直接導(dǎo)致變壓器損壞，無(wú)法繼續(xù)運(yùn)行。

2. 絕緣強(qiáng)度下降：

• 繞組變形會(huì)引起變壓器的絕緣材料損傷或絕緣距離發(fā)生改變，導(dǎo)致絕緣強(qiáng)度下降，在長(zhǎng)期正常電壓或過(guò)電壓作用下，最終可能導(dǎo)致絕緣擊穿。

3. 機(jī)械強(qiáng)度下降：

• 繞組變形后，即使絕緣狀況未損壞，線(xiàn)圈的機(jī)械強(qiáng)度也會(huì)下降。當(dāng)再次遭受短路故障時(shí)，將承受不住巨大的電動(dòng)力而發(fā)生損壞。

四、變壓器繞組變形的檢測(cè)與預(yù)防

1. 檢測(cè)方法：

• 頻響分析法（Frequency Response Analysis, FRA）：通過(guò)檢測(cè)變壓器各個(gè)繞組的幅頻響應(yīng)特性，判斷繞組是否發(fā)生變形。

• 短路阻抗法：通過(guò)測(cè)試變壓器繞組中漏感的變化來(lái)判斷繞組是否變形。

• 其他方法還包括低壓脈沖法、電容量變化法、超聲波檢測(cè)法、振動(dòng)法等。

2. 預(yù)防措施：

• 嚴(yán)格控制變壓器制造質(zhì)量，確保設(shè)計(jì)合理、制造精良。

• 加強(qiáng)變壓器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理繞組變形問(wèn)題。

• 減少母線(xiàn)發(fā)生短路的機(jī)會(huì)，一旦母線(xiàn)側(cè)發(fā)生短路，保護(hù)應(yīng)盡快切除母線(xiàn)供電變壓器。

• 對(duì)運(yùn)行中的大型變壓器進(jìn)行頻率響應(yīng)分析的測(cè)量，以便與事故發(fā)生后的頻率響應(yīng)分析結(jié)果進(jìn)行比較，合理判斷變壓器繞組變形程度。