变压器故障之绕组变形的原因与预防

  变压器绕组变形是变压器运行中常见的故障之一，其发生原因多样，对变压器的安全运行构成严重威胁。以下是对变压器绕组变形的详细分析：

一、变压器绕组变形的主要原因

1. 设计、制造原因：

   • 设计不合理，如短路强度不够、动稳定性较差。

   • 制造过程中存在缺陷或不合理因素，如压紧件、支撑件的强度、刚度不够，装配时线圈的不同心、压紧不良等。

2. 运行中的短路故障：

   • 变压器在运行中不可避免地要遭受各种短路故障的考验，若变压器本身结构中有不合理的地方或机械强度不够，则会引起变压器绕组的变形或位移。

   • 短路过程中，绕组出现由固有和强迫振荡所构成的复杂振动，导致绝缘产生松弛、垫块错位、铁芯螺丝松动，继而促使绕组发生变形。

3. 运输中的冲击：

   • 运输中的冲击形成的巨大动态力也会造成绕组的移位、变形。

二、变压器绕组变形的主要形式和特点

1. 整体变形：

   • 由运输过程中的冲击、倾斜、振动等外力造成，导致绕组位移。变形绕组的尺寸不变，但铁芯的相对位移变化，绕组的电感和饼间电容保持不变，而对地电容变化。

2. 局部变形：

   • 煎饼之间的局部变形使得一些松散的电线煎饼在短路电磁力的作用下受到挤压，而其他一些电线煎饼被拉伸，导致电容变化。

3. 匝间短路：

   • 绕组发生匝间短路后，电感值降低，频谱曲线变化明显，振幅增大，一些共振点峰值消失。但这种情况较难捕捉，且一旦发生，电线匝将烧坏，导致变压器严重损坏。

4. 导线移位变形：

   • 当导线较长且固定不牢固时，在操作过程中会发生移位和变形。导线移位会导致等效电路中两个端口的电容发生变化，进而影响频谱曲线。

5. 径向变形：

   • 绕组受到径向力时，内部绕组向内收缩，直径变小，电感变小。此时，内外绕组之间的距离变大，其电容变小，频谱中的共振峰向高频方向移动，振幅增大。

6. 轴向扭曲变形：

   • 当变压器绕组之间的间隙较大或部分撑杆移位时，绕组在电磁力的作用下将沿轴向扭曲成S形。此时，一些饼间电容和对地电容减小。

三、变压器绕组变形的危害

1. 变压器损坏：

   • 绕组变形可能直接导致变压器损坏，无法继续运行。

2. 绝缘强度下降：

   • 绕组变形会引起变压器的绝缘材料损伤或绝缘距离发生改变，导致绝缘强度下降，在长期正常电压或过电压作用下，最终可能导致绝缘击穿。

3. 机械强度下降：

   • 绕组变形后，即使绝缘状况未损坏，线圈的机械强度也会下降。当再次遭受短路故障时，将承受不住巨大的电动力而发生损坏。

四、变压器绕组变形的检测与预防

1. 检测方法：

   • 频响分析法（Frequency Response Analysis, FRA）：通过检测变压器各个绕组的幅频响应特性，判断绕组是否发生变形。

   • 短路阻抗法：通过测试变压器绕组中漏感的变化来判断绕组是否变形。

   • 其他方法还包括低压脉冲法、电容量变化法、超声波检测法、振动法等。

2. 预防措施：

   • 严格控制变压器制造质量，确保设计合理、制造精良。

   • 加强变压器运行状态监测，及时发现并处理绕组变形问题。

   • 减少母线发生短路的机会，一旦母线侧发生短路，保护应尽快切除母线供电变压器。

   • 对运行中的大型变压器进行频率响应分析的测量，以便与事故发生后的频率响应分析结果进行比较，合理判断变压器绕组变形程度。