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的故障之一，其發生原因多樣，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、動穩定性較差。

• 制造過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，裝配時線圈的不同心、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，則會引起變壓器繞組的變形或位移。

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

3. 運輸中的沖擊：

• 運輸中的沖擊形成的巨大動態力也會造成繞組的移位、變形。

二、變壓器繞組變形的主要形式和特點

1. 整體變形：

• 由運輸過程中的沖擊、傾斜、振動等外力造成，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煎餅在短路電磁力的作用下受到擠壓，而其他一些電線煎餅被拉伸，導致電容變化。

3. 匝間短路：

• 繞組發生匝間短路后，電感值降低，頻譜曲線變化明顯，振幅增大，一些共振點峰值消失。但這種情況較難捕捉，且一旦發生，電線匝將燒壞，導致變壓器嚴重損壞。

4. 導線移位變形：

• 當導線較長且固定不牢固時，在操作過程中會發生移位和變形。導線移位會導致等效電路中兩個端口的電容發生變化，進而影響頻譜曲線。

5. 徑向變形：

• 繞組受到徑向力時，內部繞組向內收縮，直徑變小，電感變小。此時，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，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，繞組在電磁力的作用下將沿軸向扭曲成S形。此時，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，無法繼續運行。

2. 絕緣強度下降：

• 繞組變形會引起變壓器的絕緣材料損傷或絕緣距離發生改變，導致絕緣強度下降，在長期正常電壓或過電壓作用下，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，線圈的機械強度也會下降。當再次遭受短路故障時，將承受不住巨大的電動力而發生損壞。

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）：通過檢測變壓器各個繞組的幅頻響應特性，判斷繞組是否發生變形。

• 短路阻抗法：通過測試變壓器繞組中漏感的變化來判斷繞組是否變形。

• 其他方法還包括低壓脈沖法、電容量變化法、超聲波檢測法、振動法等。

2. 預防措施：

• 嚴格控制變壓器制造質量，確保設計合理、制造精良。

• 加強變壓器運行狀態監測，及時發現并處理繞組變形問題。

• 減少母線發生短路的機會，一旦母線側發生短路，保護應盡快切除母線供電變壓器。

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