变压器引线短路力的校核计算

摘 要：介绍电力变压器短路时其引线所承受电动力的计算方法及如何进行强度校核计算。

关键词：变压器；短路；电动力；强度校核

1.引言

电力变压器在运行中通常会遭遇如下四种情形的短路状况： 三相短路；两相短路；单相接地短路；两相接地短路。由于电力系统容量的扩大以及变压器单台容量增大，变压器结构也越来越复杂，其承受电力系统短路的运行条件也更加苛刻了。通常情况下绕组是短路事故的多发部位，如常见的内绕组径向压曲失稳、外绕组的径向拉应力损坏，线饼轴向失稳变形等，这些会导致绝缘损坏，引起变压器烧坏等事故。同时其它结构件的损坏也较常见，其中引线由于通过的短路电流比正常运行时电流大很多倍，特别是电流比较大的低压绕组的电缆线、铜排、铜管，当其排列较为密集时，在短路状态下也会产生很大的电动力，时常会造成引线损坏。因此，有必要对引线的短路力进行计算，校核其机械强度，在设计中加以控制。

2.引线的损坏形式

变压器引线除充分地满足载流和绝缘要求外，更重要的是要可靠地保证它在动态下的机械稳定性。从电力运行部门所统计的事故中，反映出来的引线损坏的情形如下：引线固定夹持间隔太大，短路时造成木夹持架和夹持件脱落，也有木夹持架开裂和木螺杆折断；引线受拉伸应力移动，还会使有载开关触头位置不正，连接螺栓松动，导致接触不良而烧损；也有引线焊接不良，在短路力作用下引线脱落而引发事故。可见，为了变压器的安全运行，保证变压器的质量，对引线和木夹件的强度进行具体的分析计算是很有必要的。

3.引线短路电动力的计算

设计变压器引线时通常考虑的原则是：a、电气强度足够；b、温升不超过规定；c、机械强度足够，要考虑运输振动、长期运行的振动和短路电动力的冲击。

在计算引线短路电动力时做如下假设：a、忽略铁磁材料（油箱等）和其它通过导体（绕组）对引线周围磁场的影响；b、只分析短路电流峰值时的静态力，不考虑整个振荡过程；c、在计算引线机械强度时将引线与支撑木件简化为简支梁。

3.1力与磁感应强度的计算

对于三相引线间的短路电动力可转化为两异相引线间电动力来计算。

4.引线弯曲正应力的计算

将引线单位长度的短路电动力简化为均布载荷F， 引线简支梁如图3所示。首先计算梁的抗弯截面模量，然后计算引线弯曲正应力。

图3

5.计算实例

以一台140MVA变压器为例，如图5所示，低压引线铜排正常工作电流为4060A，铜排截面高为20mm，截面宽为80mm，夹持件间距为500mm，两异相铜排间距100mm，阻抗电压为12%，则：

引线铜排均布短路电动力为：

引线的抗弯截面模量：Wz=0.000005m3，最大弯曲应力值：

因σmax<[σ]，所以引线安全可靠。

6.结论

引线在变压器短路时，通过超出正常几十倍的电流，产生较大的电动力。由于引线支点不够，或引线强度不够容易发生引线故障，如引线变形、木支架和夹持件脱落等，特别是在特大容量的变压器低压引线中，当其结构较为紧密，引线夹持件距离较远时，有必要对其强度进行校核。可以根据上面的方法对引线的短路电动力和支架间隔进行计算。此种方法同样适用于其它在导线距离较近的情况下的强度计算。

参考文献

[1] 冯慈璋、马西奎主编.工程电磁场导论.北京：高等教育出版社.2007.12.

[2] 李英、林刚.变压器引线短路机械强度计算.《变压器》.1999-7，No.7.

[3] 国家标准化管理委员会.电力变压器承受短路的能力__GB 1094.5-2008.

作者简介：

张桂友（1966-），湖南慈利县人，湖南大学电气工程系电机专业毕业，曾供职于特变电工衡阳变压器有限公司和广州西门子变压器有限公司，主要从事电力变压器类产品的设计制造工作，2015年加入Intertek，从事于变压器的试验研究和产品质量认证。