浅谈突发短路时变压器短路受力情况

赵昔勐 赵宝瑞

摘要：本文主要以常规油浸式变压器作为研究对象，从变压器突发短路时绕组线圈辐向短路力的情况，分析结果主要用于电磁计算方案线规选取，利用公式推导辅助完善设计方案，辅助导线屈服强度选取。

关键词：突发短路;弯曲应力;拉伸应力

1引言：

变压器内部是一个非常复杂的磁场区域，带电导体在磁场中会受到安培力的作用，正常运行情况下变压器所承受电流较为稳定，导线虽然受力但不会发生太大的形变。但当变压器遇到突发短路情况时短路电流通常会非常大，而安培力公式F=BmIdl中磁通密度Bm与电流成正比，从而使安培力与短路时电流的平方成正比，此时短时间内断路器如果不能及时断开，变压器绕组上将会承受平时几百倍甚至更大电磁力，此时线圈会在极短的时间内产生较大的收缩或拉伸，使导线产生损伤从而引起较大的电力事故，所以变压器耐受短路性能也是衡量变压器质量的一个非常重要的标准。

2研究背景：

供电公司因个别产品抗短路不足而发生短路故障，这给供电公司及用户带来了很大的经济损失。近年来国网公司对变压器抗短路性能也是越来越重视，为解决因变压器短路问题造成的电网故障而成立了国网抗短路中心，抗短路中心目前对在运的变压器进行抗短路计算并对其分类，对未投入运行的变压器在设计生产之前就要做抗短路性能分析，对未满足国网抗短路标准的变压器不允许入网运行。所以对变压器抗短路性能的研究和分析非常重要，在设计之初就应该满足抗短路性能。

3绕组辐向力计算：

由上图可以看出在短路时根据左手定则内外绕组电流相反，所受到的力也是相反的，所以低压绕组会受到一个压缩应力，高压绕组受到拉伸应力，当拉伸或压缩应力超过了变压器绕组所能承受的限制，绕组将会产生严重变形，因为变压器绕组为圆形，圆形物体受到的压力比受到拉力更容易变形。

对于低压绕组来说增加内撑条数量可以有效减小撑条间承受的力，但增加撑条数量可能会阻碍油流，所以对于导线屈服应力的选取尤为重要。

对于绕组拉伸/压缩应力推导，根据磁力的基本公式：

F=BIlW，因此辐向电磁力为Fx=Bjp Idm lpj W①

Bm= 0H真空磁导率 0=4π 10 7，又根据磁路全电流定律 HL  WI

得出H ，又因为Bpj m，

HkL

得出Bpj  0Idm W  ②

idW    所以整理公式后Fx 4π m10 7 idm L W

由路电流计算公式idm kch 2 Id，Id 3U Zk IN Zk，kch

为短路电流冲击系数

所以：Idm kch IN 2

Zk

导线长度：L 2π rpj W

整理公式得：（kch IN 2 W  ）22πrpj 3⑤

Hk Zk2

根据力学公式F' x因，对于同心式变压器绕组由于辐向力的作用，

在导线内部所产生的的切向拉力

F' Fx 2π （kch IN    ）2rpj W 10 3⑥

由此公式可以在电磁计算方案设计时检查校验导线屈服强度是否合适。

4总结

本文主要变压器短路时绕组辐向力进行公式推导，计算导线所能承受的应力，用来校核电磁计算方案的合理性，此公式对于绕组线规的选取，导线屈服应力的选择有着一定指导作用，使得产品提高变压器抗短路性能，使设计方案更加的合理，产品更加可靠，随着国网公司对变压器抗短路性能的重视，后续会有很多企业参照国网标准进行采购变压器，所以抗短路性能的研究还需继续深入。

参考文献：[1]尹克宁.变压器耐受短路的能力及其校驗.变压器设计原理.[2]中国国家标准化管理委员会.GB1094.5-2008承受短路的能力.[3]刘传彝.变压器短路阻抗计算.电力变压器设计计算方法与实践.