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變壓器故障之繞組變形的原因與預防

  變壓器繞組變形是變壓器運行中常見(jiàn)的故障之一，其發(fā)生原因多樣，對變壓器的安全運行構成嚴重威脅。以下是對變壓器繞組變形的詳細分析：

一、變壓器繞組變形的主要原因

1. 設計、制造原因：

• 設計不合理，如短路強度不夠、動(dòng)穩定性較差。

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

2. 運行中的短路故障：

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

• 短路過(guò)程中，繞組出現由固有和強迫振蕩所構成的復雜振動(dòng)，導致絕緣產(chǎn)生松弛、墊塊錯位、鐵芯螺絲松動(dòng)，繼而促使繞組發(fā)生變形。

3. 運輸中的沖擊：

• 運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：

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

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，導致變壓器嚴重損壞。

4. 導線(xiàn)移位變形：

• 當導線(xiàn)較長(cháng)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。導線(xiàn)移位會(huì )導致等效電路中兩個(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)，內部繞組向內收縮，直徑變小，電感變小。此時(shí)，內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致變壓器損壞，無(wú)法繼續運行。

2. 絕緣強度下降：

• 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，導致絕緣強度下降，在長(cháng)期正常電壓或過(guò)電壓作用下，最終可能導致絕緣擊穿。

3. 機械強度下降：

• 繞組變形后，即使絕緣狀況未損壞，線(xiàn)圈的機械強度也會(huì )下降。當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與預防

1. 檢測方法：

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

• 短路阻抗法：通過(guò)測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、超聲波檢測法、振動(dòng)法等。

2. 預防措施：

• 嚴格控制變壓器制造質(zhì)量，確保設計合理、制造精良。

• 加強變壓器運行狀態(tài)監測，及時(shí)發(fā)現并處理繞組變形問(wèn)題。

• 減少母線(xiàn)發(fā)生短路的機會(huì )，一旦母線(xiàn)側發(fā)生短路，保護應盡快切除母線(xiàn)供電變壓器。

• 對運行中的大型變壓器進(jìn)行頻率響應分析的測量，以便與事故發(fā)生后的頻率響應分析結果進(jìn)行比較，合理判斷變壓器繞組變形程度。