低频变压器初级短路的原因及解决方案

杨桂花 2018-08-23 5481

变压器

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本文主要是关于低频变压器的相关介绍，并着重对低频变压器故障原因进行了详尽分析，并探讨了低频变压器的故障解决方案。

变压器

变压器利用电磁感应原理，从一个电路向另一个电路传递电能或传输信号的一种电器是电能传递或作为信号传输的重要元件，主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心（磁芯）。在电器设备和无线电路中，常用作升降电压、匹配阻抗，安全隔离等。

低频变压器短路损坏的主要形式

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。

2、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。

3、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。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内绕组导线向内翻转，外绕组向外翻转。

4、绕组升起将压板撑开。这种损坏往往是因为轴向力过大或存在其端部支撑件强度、刚度不够或装配有缺陷。

5、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。

6、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。

7、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。

8、内绕组导线弯曲或曲翘。辐向电磁力使内绕组直径变小，弯曲是由两个支撑(内撑条)间导线弯矩过大而产生永久性变形的结果。如果铁心绑扎足够紧实及绕组辐向撑条有效支撑，并且辐向电动力沿圆周方向均布的话，这种变形是对称的，整个绕组为多边星形。然而，由于铁芯受压变形，撑条受支撑情况不相同，沿绕组圆周受力是不均匀的，实际上常常发生局部失稳形成曲翘变形。

9、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。

低频变压器短路故障原因

因变压器出口短路导致变压器内部故障和事故的原因很多，也比较复杂，它与结构设计、原材料的质量、工艺水平、运行工况等因数有关，但电磁线的选用是关键。从近几年解剖变压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。

（1）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。

（2）抗短路能力计算时没有考虑温度对电磁线的抗弯和抗拉强度的影响。按常温下设计的抗短路能力不能反映实际运行情况，根据试验结果，电磁线的温度对其屈服极限？0.2影响很大，随着电磁线的温度提高，其抗弯、抗拉强度及延伸率均下降，在250℃下抗弯抗拉强度要比在50℃时下降上，延伸率则下降40％以上。而实际运行的变压器，在额定负荷下，绕组平均温度可达105℃，最热点温度可达118℃。一般变压器运行时均有重合闸过程，因此如果短路点一时无法消失的话，将在非常短的时间内（0.8s）紧接着承受第二次短路冲击，但由于受第一次短路电流冲击后，绕组温度急剧增高，根据GBl094的规定，最高允许250℃，这时绕组的抗短路能力己大幅度下降，这就是为什么变压器重合闸后发生短路事故居多。

（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。如杨高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。另外吴泾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。

（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。

（5）绕组绕制较松，换位处理不当，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。

（6）绕组线匝或导线之间未固化处理，抗短路能力差。早期经浸漆处理的绕组无一损坏。

（7）绕组的预紧力控制不当造成普通换位导线的导线相互错位。

（8）套装间隙过大，导致作用在电磁线上的支撑不够，这给变压器抗短路能力方面增加隐患。

（9）作用在各绕组或各档预紧力不均匀，短路冲击时造成线饼的跳动，致使作用在电磁线上的弯应力过大而发生变形。

（10）外部短路事故频繁，多次短路电流冲击后电动力的积累效应引起电磁线软化或内部相对位移，最终导致绝缘击穿。

低频变压器短路损坏的常见部位

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。

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。

低频变压器的日常保养

1. 为保护高压发生器及机头内所装的绝缘油的绝缘性能，一般不应随意打开观察窗口和拧松四周的固定螺钉，以防止油液吸潮或落灰尘而降低绝缘性能。

2、检查变压器周边照明、散热、除尘设备是否完好，并用干净的布擦去变压器身及瓷瓶上的灰尘。

3、检查变压器高压侧负荷开关，确保操作灵活，接触良好，传动部分作润滑处理。

4、拉开高压接地刀，检查接地处于断开位置无误后，合上高压负荷开关，让变压器试运行，并取下高压侧标识牌，注意在断开或合上变压器高压负荷开关时，现场必须有两人以上。

5、当需要更换新油时，应取得当地电力部门的协助，检查新油的性能，要求其绝缘强度不低于25000伏/2.5毫米;而组合机头内的油绝缘强度应在30000伏/2.5毫米以上。

6、用2500V的摇表测量变压器高低压线圈绝缘阻值（对地和相间），确认符合要求（在室温30℃时，1OKV变压器高压侧大于20MΩ，低压侧大于13MΩ。在测试前，应接好接地电线，测定完毕后，应进行放电。

7、高压发生器或组合机头必须有良好的接地线，应经常用欧姆表测量其外壳、控制台外壳、外接地线三者是否导通，并紧固接地螺栓。

8、高压发生器或组合机头必须有良好的接地线，应经常用欧姆表测量其外壳、控制台外壳、外接地线三者是否导通，并紧固接地螺栓。

低频变压器的常见问题

DCR的问题

A. DCR过高因硅钢片变压器几乎线径很细，圈数很多，漆包线的选择成为重要的部分。而大部分美国客户喜欢用AWG线来设计及订立DCR规格及结构。因某些原因我们不得不用mm线近似值去代替， ***漆包线裸径值大一点点， coating漆膜也较厚一点点，所以几千圈下来往往DCR会超高，且线包发胖。另一点是线包发胖的问题，整齐密绕与杂乱疏绕，用线长度不同其DCR也会不同，整齐密绕会低一点。

B. 两组DCR值差异的问题有些规格要求并绕（或分开UI CORE双胞胎）二者间DCR相差多少以内或是SPEC 要求双胞胎次级输出空载时，二者电压不可超过0.1V ，在此情形下，应该用同一台绕线机同一轴线绕出来的两个产品组装，才能得出好的成功率。

激磁电流问题

一般电源变压器，激磁电流规格不会很严，所指的是二次侧不加负载时的一次电流。如果激磁电流超出可能原因为：

a. 圈数太少，或线径太大

b. 硅钢片没组装好

c. 硅钢片材质不够好

d. 硅钢片太厚

e. 仪表误差

f. 输入条件是否正确如果激磁电流超出很多则应检查线圈是否短路。

损失太高

我们在测试板上瓦特表读数超出规格（是铜损和铁损）因绕线已完成，习惯上从铁损去改善：

a. 硅钢片未装好（毛边不统一，未装紧）

b. 提高铁芯材质

c. 选择薄的硅钢片。

电压调整率太大

ΔU百分比=（U20-U2）/U20 U20 ：空载输出电压 U2 ：负载输出电压牵涉到设计时的铜损﹑铁损﹑圈数。

温升

可用电阻法去计算（234.5+T1）/R1 = （234.5+T2）/R2 6. HI-POT及IR （绝缘电阻） HI-POT测试是变压器须100分全测的要求，许多客户还要求每批出货要附HI-POT全测的声明书。

造成HI-POT不良的原因：

a. 两绕组之间引出线接触或太近

b. PIN间锡桥短路

c. 绝缘胶布未完全覆盖或层数太少

d. 绕组与CORE间距离不足

e. 组装时CORE擦破BOBBIN或CASE 当SPEC 上截断电流3mA是不要用2mA或1mA去测试HI-POT ， 2mA比3mA更严格。

含浸

原则上硅钢片的变压器不用抽真空含浸。过大的真空压力会使凡立水渗透到CORE之间，造成间隙，降低功率 .

结语

关于低频变压器的相关介绍就到这了，希望本文能对你有所帮助。