变压器运行中短路损坏的常见部位及原因

摘要：近年来，变压器事故时有发生，而且有增长的趋势。从变压器事故情况分析来看，抗短路能力的不足及工艺不严格已成为电力变压器事故的首要原因，对电网及用户造成很大危害，严重影响电网及设备安全运行。本文就电力变压器短路损坏事故的情况作一分类分析，进而提出目前有关存在的问题和减少事故的措施。

关键词：变压器；短路；原因 引言

造成故障或事故的因素较多，但变压器的结构设计和制造工艺仍是主要因素，在运行管理等环节中也暴露出一些问题。除了在结构方面尚存在一些没有充分认识的因素外，设计和工艺操作方面存在的问题值得制造厂及运行单位引起重视。 1 变压器短路损坏的主要形式 1.1轴向失稳

这种损坏主要是在辐向漏磁产生的轴向电磁力作用下，导致变压器绕组轴向变形，该类事故占整个损坏事故的52.9％。 1.1.1线饼上下弯曲变形

这种损坏是由于两个轴向垫块间的导线在轴向电磁力作用下，因弯矩过大产生永久性变形，通常两饼间的变形是对称的。

1.1.2绕组或线饼倒塌。这种损坏是由于导线在轴向力作用下，相互挤压或撞击，导致倾斜变形。如果导线原始稍有倾斜，则轴向力促使倾斜增加，严重时就倒塌；导线高宽比例大，就愈容易引起倒塌。 1.2 辐向失稳

这种损坏主要是在轴向漏磁产生的辐向电磁力作用下，导致变压器绕组辐向变形，占整个损坏事故的41.2%。

1.2.1 外绕组导线伸长导致绝缘破损

辐向电磁力企图使外绕组直径变大，当作用在导线的拉应力过大会产生永久性变形。这种变形通常伴随导线绝缘破损而造成匝间短路，严重时会引起线圈嵌进、乱圈而倒塌，甚至断裂。

1.2.2 绕组端部翻转变形。端部漏磁场除轴向分量外，还存在辐向分量，二个方向的漏磁所产生的合成电磁力致使绕组导线向内翻转，外绕组向外翻转。 1.3引线固定失稳

这种损坏主要由于引线间的电磁力作用下，造成引线振动，导致引线间短路，这种事故较少见。

2 变压器短路损坏的常见部位 2.1 对应铁轭下的部位 该部位发生变形原因有：

（1）短路电流所产生的磁场是通过油和箱壁或铁心闭合，由于铁轭的磁阻相对较小，故大多通过油路和铁轭间闭合，磁场相对集中，作用在线饼的电磁力也相对较大；（2）内绕组套装间隙过大或铁心绑扎不够紧实，导致铁心片二侧收缩变形，致使铁轭侧绕组曲翘变形；（3）在结构上，轭部对应绕组部分的轴向压紧是最不可靠的，该部位的线饼往往难以达到应有的预紧力，因而该部位的线饼最易变形。

2.2 调压分接区域及对应其他绕组的部位

该区域由于：（1）安匝不平衡使漏磁分布不均衡，其幅向额外产生的漏磁场在线圈中产生额外轴向外力，这些力的方向总是使产生这些力的不对称性增大。轴向外力和正常幅向漏磁所产生的轴向内力一样，使线饼向竖直方向弯曲，并压缩线饼件的垫块，除此之外，这些力还部分地或全部地传到铁轭上，力求使其离开心柱，出现线饼向绕组中部变形或翻转现象；（2）该部位的线饼为力求安匝平衡或分接区间的应有绝缘距离，往往要增加较多的垫块，较厚的垫块致使力的传递延时，因而对线饼撞击也较大；（3）绕组套装后不能确保中心电抗高度对齐，致使安匝进一步加剧不平衡；（4）运行一段时间后，较厚的垫块自然收缩量较大，一方面加剧安匝不平衡现象，另一方面受短路力时跳动加剧；（5）在设计时间为力求安匝平衡，分接区的电磁线选用了较窄或较小截面的线规，抗短力能力低。

2.3 换位部位

这部位的变形常见于换位导线的换位和单螺旋的标准换位处。换位导线的换位，由于其换位的爬坡较普通导线的换位为陡，使线匝半径不同的换位处产生相反的切向力，这对大小相等方向相反的切向力，致使内绕组的换位向直径变小，方向变形，外绕组的换位力求线匝半径相同，使换位拉直，内换位向中心变形，外换位向外变形，而且换位导线厚度越厚，爬坡越陡，变形越严重。另外，换位处还存在轴向短路电流分量，所产生的附加力，致使线饼变形加剧。单螺旋的标准换位，在空间上要占一匝的位置，造成该部位安匝不平衡，同时又具有换位导线换位变形特征，因此该部位的线饼更容易变形。 2.4 绕组的引出线

常见于斜口螺旋结构的绕组，该结构的绕组，由于二个螺旋口安匝不平衡，轴向力大，同时又有轴向电流存在，使引出线拐角部位产生一个横向力而发生扭曲变形现象。另外螺旋绕组在绕制过程中，有剩余应力存在，会使绕组力求恢复原状现象，故螺旋结构的绕组，受短路电流冲击下更容易扭曲变形。 2.5 引线间

常见于低压引线间，低压引线由于电压低流过电流大，相位 120 度，使引线相互吸引，如果引线固定不当的话，会发生相间短路。 3 变压器短路故障原因分析

3.1基于变压器静态理论设计而选用的电磁线，与实际运行时作用在电磁线上的应力差异较大。

3.2目前各厂家的计算程序中是建立在漏磁场的均匀分布、线匝直径相同、等相位的力等理想化的模型基础上而编制的，而事实上变压器的漏磁场并非均匀分布，在铁轭部分相对集中，该区域的电磁线所受到机械力也较大；换位导线在换位处由于爬坡会改变力的传递方向，而产生扭矩；由于垫块弹性模量的因数，轴向垫块不等距分布，会使交变漏磁场所产生的交变力延时共振，这也是为什么处在铁心轭部、换位处、有调压分接的对应部位的线饼首先变形的根本原因。

3.3采用普通换位导线，抗机械强度较差，在承受短路机械力时易出现变形、散股、露铜现象。采用普通换位导线时，由于电流大，换位爬坡陡，该部位会产生较大的扭矩，同时处在绕组二端的线饼，由于幅向和轴向漏磁场的共同作用，也会产生较大的扭矩，致使扭曲变形。如某500kV变压器的A相公共绕组共有71个换位，由于采用了较厚的普通换位导线，其中有66个换位有不同程度的变形。另外某1l号主变，也是由于采用普通换位导线，在铁心轭部部位的高压绕组二端线饼均有不同翻转露线的现象。

3.4采用软导线，也是造成变压器抗短路能力差的主要原因之一。由于早期对此认识不足，或绕线装备及工艺上的困难，制造厂均不愿使用半硬导线或设计时根本无这方面的要求，从发生故障的变压器来看均是软导线。

3.5 绕组绕制较松，换位或纠位爬坡处处理不当，过于单薄，造成电磁线悬空。从事故损坏位置来看，变形多见换位处，尤其是换位导线的换位处。 4 建议 4.1 订货

（1）对设备选型时，应充分考虑现有产品结构状况，取消冗余功能，选择可靠结构，在充分考虑电网的短路容量与产品的稳定性能之后，再确定产品参数，根据电网实际需要合理的配置分接开关，对性能参数的要求应和目前制造水平及材质状况想适应。（2）优先选用经短路型式试验合格的产品设计，并对产品进行抽检短路耐受试验，以确保产品的同一性。（3）选用全自冷变压器。由于全自冷变压器相对其他冷却方式的变压器度低，用铜量大，变压器重量重，具有较强抗短路能力。 4.2 材料方面

尽量选用半硬以上的自粘性换位导线和组合导线。采用高密度与油道等距的整体垫块。35KV及以下的内绕组应优先采用环氧玻璃丝筒作绕组内支撑绝缘筒。 4.3 安装

为确保变压器安装质量，可采用实行卖方负责的安装方式，卖方必须对整个安装工作质量负责。现场吊芯检查时要进行器身预紧力校核，确保变压器器身处于紧固状态。 结束语

防止变压器发生短路损坏是一项重要且复杂的工作，本文通过对多个事故案例进行分析，并根据多年的运行维护经验，在设备选型、运行维护及变压器运行环境方面提出合理的措施及建议，有助于提高变压器的运行水平和运行质量。 参考文献

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