湖南湘能电力设备监造有限责任公司 湖南长沙 410000
摘要：当前，变压器短路强度问题一直是国内外变压器制造业十分关注的问题。随着电力系统的增长和变压器单台容量的迅速增大，短路引起的电动力也迅速增大，这就使变压器短路状况下的电动力计算和线圈短路机械强度研究及产品制造采取的主要工艺措施成为变压器设计的重要任务之一。对于大容量高电压电力变压器来说，由电磁力所引起的绕组中的机械应力非常巨大，同时，由于绕组的直径变大而使其刚度的降低，要保证绕组在短路过程中的稳定性变得非常困难。这就要求变压器制造厂对大容量高电压变压器产品进行试验研究及理论研究，总结出经验及方法，结合计算软件，对于短路过程中的短路电流、绕组中的应力以及绕组的机械强度给予精确的计算，保证变压器在短路过程中的安全性。
关键词：大型变压器；短路能力；技术工艺
1电磁计算
（1）优化电磁计算，使线圈安匝分布趋向均衡，所有线圈保持在同一中心线上且上下对称，使短路力降到最小程度。进行动稳定的定量计算，确定线圈的失稳临界力、垫块压应力、轴向和径向扭曲力、周向张力和压应力等，并留有足够的保险系数。举例500kV变压器短路强度计算
1）基本参数：型号ODFS-250000/500
容量250/250/80MVA
电压组合（550/√3）/（242/√3）±2×2.5%/36kV
联结组标号YNa0d11（三相组）
线圈排列方式：主柱铁心－低压线圈－中压线圈－高压线圈
旁柱铁心－励磁线圈－调压线圈
2）绕组中相电流IN计算值
高中运行时：高压线圈787.3A，中压线圈1011.3A;
高低运行时:高压线圈251.9A，中压线圈251.9A，低压线圈2222.2A;
中低运行时：中压线圈602.2A，低压线圈2222.2A
3）线圈导线形式
高压线圈为半硬自粘换位铜导线，Rp0.2：140～160Mpa
中压线圈为半硬自粘换位铜导线，Rp0.2：170～190Mpa
低压线圈为半硬网包换位铜导线，Rp0.2：170～190Mpa
4）短路阻抗UK计算值:（基于250MVA）
高-中：最大分接11.92%，主分接11.75%，最小分接11.88%
高-低：43.06%
中-低：最大分接27.88%，主分接27.37%，最小分接27.21%
5）线路阻抗US
计算公式：US=
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*100%
US：线路阻抗，%；Se：变压器额定容量，kVA；SS：系统短路视在容量，kVA
系统侧短路容量高压侧短路电流63kA，由此得出：线路阻抗:1.25%
系统侧短路容量中压侧短路电流50kA，由此得出：线路阻抗:3.58%
6）对称短路电流计算
短路电流稳定值倍数计算
KI=
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KI：短路电流稳定值倍数；Uk：变压器短路阻抗电压，%；US：线路阻抗，%；
高压-中压运行，中压短路，短路电流倍数KI：7.69，
中压-低压运行，低压短路，短路电流倍数KI：10.09，
高压-低压运行，低压短路，短路电流倍数KI：7.05
短路电流ID计算结果
ID=KI*IN（kA，有效值、绕组中电流）
高压-中压运行，中压短路，短路电流倍数KI：高压线圈6.05，中压线圈7.77
中压-低压运行，低压短路，短路电流倍数KI：中压线圈6.07，低压线圈22.4
高压-低压运行，低压短路，短路电流倍数KI：高压和中压线圈1.77，低压线圈15.6
7）抗短路能力校核
短路能力计算和评估按照国标GB/T1094.5-2008附录A提供的方法。采用计算机程序计算线圈磁场及短路强度，下表列出最严重的短路情况时各线圈导线应力计算结果。
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从上述结果看出，各线圈都具有足够的抗短路能力。
（2）采用专业变压器短路机械力计算软件及其他配套软件，计算时，首先对变压器进行整体建模，认为变压器为一个弹性系统，计算出压钉、器身垫块、压板、托板等承压结构的刚度系数；再进行短路阻抗的精确计算，将该结果并结合国标规定的系统短路容量计算出各个分接情况下的稳态短路电流及非对称短路电流；最后计算出变压器绕组轴向及幅向的漏磁分布，及在该磁场分布下轴向和幅向短路力及安全系数。
2提高变压器抗突发短路能力的工艺措施
（1）高压、中压、低压和调压线圈电磁线均采用半硬自粘型换位铜导线。在换位导线的表面涂履有一层热固化性树脂，加热处理后，树脂自行固化形成一根十分坚硬的整体导体。根据实物的试验结果表明，半硬换位铜导线自粘以后可大幅度提高线饼抗弯和抗压能力，提高3倍以上。
（2）线圈绕制过程，所有线圈绕制时均带张紧装置，保证幅向符合图纸要求，要求线圈绕制紧实，线圈端部及绕组出头均用收缩带绑扎牢固。线圈换位悬空处加成型牛角垫块，提高轴向稳定性。低压线圈还采取内侧增加厚硬纸筒、加辅助撑条，中压线圈内侧增加厚硬纸筒等措施来减小短路力，从而提高线圈抗变形能力。单体线圈采用真空恒压干燥工艺，以保证线圈的轴向尺寸稳定。
（3）器身装配采用分相组装相套技术，绝缘件采用高密度绝缘纸板和成型绝缘件，以增加其电气和机械强度，经密实去毛后冲制，线圈组装前所有器身绝缘件都进行预干燥处理。在组装过程中严格控制套装间隙，实行无间隙套装，并保证在线圈出炉后10小时内全部组装完毕，分相组装后的线圈实行真空恒压干燥或煤油气相干燥，出炉后再经调整后才可套入铁芯。这样可以有效地控制各线圈高度及组装时同心度和紧实度，使产品符合设计要求。对器身进行轴向压紧，器身端部采用绝缘垫块压紧器身，空隙处加辅助压块。并要求进行有效的二次充分压紧，保证各线圈在轴向方向不产生位移，提高轴向稳定性。在制造过程和材质控制方面，按工序对各相线圈进行了干燥、压紧(液压机加压到规定压力)、高度调整，使各线圈高度满足设计要求，从而保证线圈的安匝平衡，保证同时压紧所有线圈。
结束语
通过介绍了大型变压器的短路强度计算，及变压器突发短路能力工艺措施，变压器能否承受各种短路电流，除了优化电磁计算，主要取决于变压器的结构设计和生产制造工艺水平，为避免事故发生，应从多方面加强管理控制，以保证变压器及系统电网的安全运行。
参考文献
[1]GB1094.5-2008电力变压器第5部分承受短路的能力