10kV非晶合金变压器提高抗短路能力的方法

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摘 要：随着电力事业的发展及城农电网的建设与改造的不断深入，广大电力用户对节能型变压器的要求越来越高。为了加快产品的更新换代，提高节能水平，满足市场的需求，通过采用新材料的方法，来降低配电变压器的空载损耗值，是一条很有效的途径。本文着重介绍了非晶合金变压器提高抗短路能力的方法。

关键词：非晶合金；变压器；抗短路

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.15.178

1 引言

变压器是根据电磁原理而制造的一种输变电设备，导磁磁路系统是变压器的一个主要部分，导磁材料的性能直接影响变压器的技术经济指标，非晶合金变压器就是用非晶合金材料代替硅钢片制造变压器，加工成的非晶合金铁芯带材厚度仅为0.025mm这种新材料用于变压器铁芯磁化过程相当容易，并且非晶合金的饱和磁密较低一般在1.3到1.35T之间，从而大幅度降低变压器的损耗，它比现行的S9，S11系列变压器空载损耗下降达75%，空载电流下降达45%，推广应用非经合金变压器不仅有良好的节能效益，而且有环保效益。

2 变压器短路阻抗参数

电磁计算短路纵向漏电抗的基本计算公式为：

对于图1所示：

当内外绕组有轴向油道时，其短路电抗的计算，只是的计算与上述不同。其余全部相同。

具体而言，对这种结构的值，应按下式来计算

3 提高非晶合金变压器抗短路能力的措施

变压器的短路机械强度时影响变压器可靠性的重要因素之一。变压器的系统运行中，由于各种偶然因素的存在，要想完全杜绝短路故障的发生是不可能的，所以要求变压器能够承受标准规定的短路故障。也就是说，要求变压器应该具备一定的短路能力。

下面是在设计和制造工艺方面提高变压器抗短路能力的措施：

3.1 设计方面

大家知道，短路机械力取决于漏磁密和短路电流的大小，所以孔氏或减小漏磁和降低短路电流是设计中应该首先考虑的。

（1）减小安匝不平衡度，轴向力是由辐向漏磁引起的，辐向漏磁大小取决于安匝不平衡程度，所以设计时应尽量减小安匝不平衡程度。对于非晶合金配电变压器来说，低压大部分采用铜箔绕制，高压采用多层圆筒式，相对于大中型变压器在设计时比较容易做到。

（2）适当提高变压器的短路阻抗，可降低短路电流倍数，提高变压器的抗短路能力。

（3）改善铁心的截面形状，设计好绕组内部的径向支撑，内绕组采用强度好的硬纸筒，以及合理布局主空道油道撑条的数量。

（4）设计合适的绕组端部绝缘结构，低压绕组目前采用端绝缘与层绝缘一体的结构，高压绕组的端绝缘采用纸板与菱格绝缘纸相结合的方式，有效的保证在器身干燥之后使导体与绝缘材料紧密的结合，形成一个整体，有效加大了绕组的稳定性提高变压器抗短路能力。低压绕组除小容量（160kVA以下）采用铜导线以外，一般采用铜箔绕制的圆筒式结构；高压绕组采用多层圆筒式结构，使绕组的安匝分布平衡，漏磁小。

（5）采用合理的引线结构，保证引线具有足够的机械强度，器身采用吊板定位，以保证其机械强度。

3.2 制造工艺方面

（1）改进绕组绕制设备和工艺，高、低压绕组采用导线张力装置一起绕制成矩形线圈，提高绕组的紧度，通过热压整形将线圈固化成一整体，以增强绕组的机械强度和抗短路的能力。

（2）器身压紧采用合理的上下夹件夹紧结构，绕组压紧垫块均匀分布在绕组两端，既保证在上紧夹件后整个器身受力均匀、紧实，又要保证铁心不受力。

4 关键材料的选择

4.1 低压内筒的选择

低压线圈与铁心之间距离最近，极易在短路力作用下造成低压线圈损坏事故，因此在低压线圈内侧加放绝缘硬筒是提高变压器抗短路能力的有效措施之一。环氧玻璃丝缠绕筒介电常数在2.5～4，大于纸板而接近于变压器油，通过浸油试验后的机械强度试验，其机械强度基本没有变化。所以我们选用环氧玻璃丝缠绕筒作为低压线圈与铁心之间绝缘硬筒。

4.2 铁心材料的选择

非晶合金是一种新型节能材料，采用非晶合金带材制造的变压器的空载损耗和空载电流非常低。

4.3 导体材料的选择

在绕组导线选用上，高压线圈选用QQ-2系列漆包铜圆线，缩醛漆包线具有耐油性能好，绝缘性能好等特点，低压绕组采用铜箔代替以前常用的纸包铜扁线，层间绝缘采用棱格上胶纸，和低压铜箔热固化后，形成一个整体，有效的提高了抗短路能力。（当电流流过变压器绕组时，在漏磁场与电流的共同作用下，在绕组导体内将产生电动力，尤其是在突然短路时，将遭受巨大的短路电流的作用，这时电动力达到很大数值。在设计是选用绝缘材料和整个的绝缘结构在电动力作用下必须有足够的动稳定性和机械强度。）

4.4 绝缘浸漆材料的选择

变压器矩形线圈干燥后进行整体浸漆。选用1032改性醇酸树酯浸渍漆，该漆属于烘漆，具有良好的干燥性，耐油性，热弹性和电性能，能够有效提升绕组的机械强度和绝缘强度。

5 成品试验结果

按照上述改进方法制作变压器，对成品进行短路能力承受试验：

（1）试验方法按GB1094.5-2003标准中的进行，试验温度应在10℃-40℃之间，低压绕组短接，高压绕组施加电流。

（2）试验电源频率应为变压器的额定频率，试验应进行9次试验，采用1.5倍的相电流试验方法，每相进行3次试验。A相试验时分级位置应放在1分接，B相试验时分接位置应在3分接，C相试验时分接应在5分接。试验持续时间为0.5S.

（3）试验结果判定：

1）试验过程中观察波形应无异常。2）试验完之后，每相短路阻抗的欧姆值与原始数据比较偏差不大于2%；3）检查线圈、铁心、夹件、绝缘垫块等结构件应无变形等明显，以及影响变压器运行的缺陷。

（4）执行标准：GB1094.1-1996、GB1094.5-2003、GB/T25446-2010；

（5）试验接线示意图（见图2）。

6 总结

本文针对目前非晶合金变压器存在抗短路能力不足的情况，在设计方面和工艺方面给出可行的改进措施，掌握非晶合金变压器的机理，设计与制造等关键技术，在工艺不复杂，成本没有大的变化情况下，制造安全可靠抗短路能力更强的非晶合金变压器，以适应现代化配网的需要。

作者简介：张玮（1984-），男，山东泰安人，本科，山东电力设备有限公司工程师，主要从事变压器的研发和设计工作。

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