变压器引线短路力承受能力的计算分析

张圆圆

摘要：计算分析了变压器引线在短路状态下的受力情况。

关键词：突发短路；电磁力

1变压器突发短路故障简介

当变压器处于正常运行状态时，其二次侧突然发生短路，此即为突发短路故障。突发短路故障会在变压器的一、二次绕组中产生很大短路的电流。短路电流则会在变压器线圈、引线中产生巨大的机械应力，危及变压器的可靠运行，甚至毁坏变压器。而变压器在短路状态下所耐受的安培力，是最为严重的机械挑战。点动力具有脉动性质、瞬时作用在绕组及引线上，而且正比于电流值的平方。因为极限情况下，短路电流的幅值可以达到10-20倍的满负载额定电流，机械力则会增加至100-400倍。

2.突发短路电流的计算

根据实际使用中突发短路情况的发生频率，本文选取发生突发短路最频繁的自耦变压器进行分析，型号ODFS-334000/500.高中低压容量分别为：334000/334000/100000（MVA）。

突发短路情况下，短路电流倍数；

K=100/（Uk+Us）

K：短路电流稳定值倍数。

Uk：变压器短路阻抗

Us：线路阻抗

高中短路状态下：

K1=4.59（基准容量334MVA）

中低短路状态下：

K2=7.45（基准容量100MVA）

3引线短路所受机械力的计算

3.1高中短路计算边界条件：

高中运行高压侧模型，高压线圈电流5057.21A，中压线圈电流6556.356A，中性点引线电流6556.356A。

3.2高中短路磁场分布：

磁力线分布（图中坐标系，红色为X轴，绿色为Y轴）

3.3中性点引线短路力计算结果：

上端部中性点引线短路力：

X方向：-0.4244N/mm

Y方向：0.47255N/mm

3.4中低短路计算边界条件：

中低运行低压侧模型，中压线圈电流5898.165A，低压线圈电流20694.61A，低压引线电流20694.61A。

3.5低压侧磁场分布：

磁力线分布（图中坐标系，红色为X轴，绿色为Y轴）

3.6低压引线短路力计算结果：

低压引线短路力：

X方向：0.134N/mm

Y方向：-0.028N/mm

4.受力计算结果：

中性点引线应力分布

中性点引线，最大應力为29.5MPa，出线在导线夹上。导线夹采用层压纸板，许用强度按57MPa计算，具有57/29.5=1.93倍。铜管引线上最大应力为20.1MPa。

低压引线应力分布

低压引线，最大应力为59.78MPa，出线在导线夹上，导线夹其余大觉部分区域应力不大于15MPa。导线夹采用层压纸板。铜管引线上最大应力为32.38MPa。

5.结论

通过对引线短路状态短路机械力的受力分析，确保变压器的耐受突发短路能力。