高屈服极限导线在变压器中的应用

方海彬 李静

摘 要：随着电网、电站电压的升高和容量的增加，大型电力变压器因外部短路引起的绕组损坏事故也明显增多。为了提高变压器的抗短路能力，需要通过提供高导线自身的屈服强度来提高变压器的抗短路能力。

关键词：高屈服极限导线；短路耐受能力；经济性；试验

中图分类号：TM412 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）11-0089-01

1 引 言

电力变压器作为电力系统的主要设备之一，其运行的可靠性对整个系统的安全至关重要。据国家电网公司统计分析，从1995～1999年，全国110kV及以上电压等级电力变压器发生短路损坏事故125台次，容量7996MVA，占事故总容量的37.5%，占变压器总事故台次的44.0%。由此可以看出，电力变压器短路强度不够已成为电力变压器损坏的主要原因之一。目前，如何提高产品的抗短路能力依然是一个值得深入研究和认真对待的技术难题。

提高变压器承受短路的能力，主要有两个途径：①通过改善变压器的漏磁分布，减小由过电流引起的短路力对变压器的损伤；②提高变压器绕组自身的短路耐受能力。变压器绕组的损坏事故是在轴向短路力和幅向短路力的共同作用下发生的，但是由于幅向短路力的数值通常要比轴向短路力的数值大的多，因此提高变压器的幅向耐受力是提高变压器抗短路能力的有效途径。国际大电网会议论文中经常采用的计算绕组幅向失稳平均临界应力的计算公式如下：

由此式可以看出增大导线的尺寸和弹性模量是提高绕组幅向失稳平均临界应力的有效手段目前我公司主要是通过提高导线的尺寸，来提高变压器的抗短路能力，根据我公司多年的实践经验控制绕组的电流密度就可以保证导线尺寸使绕组不会因幅向失稳而损坏。目前我公司提高抗短路能力的通常做法是降低绕组中的电流密度，这样使得绕组体积、重量增大，温升和负载损耗偏低，变压器在正常运行时存在严重的性能过剩。本试验时希望通过提供高导线自身的屈服强度来提高变压器的抗短路能力。使变压器体积、重量减小，也降低成本。

2 设计方案对比及理论证明

以SFSZ10-240000/220变压器为例，将低压线圈采用高屈服极限导线的设计方案与原方案进行对比如下：

方案改进后的有利因素：

总成本节约30多万元；

变压器空载损耗降低5kW；

变压器的器身重和总重量可降低约10t左右。

更改后也存在一些不利影响：

线圈绕制难度增大；

低压线圈电密增加，绕组温升也随之提高，需适当增加线圈油道；

由于低压采用网包线，则中-低（高-低）线圈之间距离需适当增加；

低压线圈导线成本将有所提高。

总之，变压器低压线圈采用高屈服极限（σ0.2>220MPa）的半硬铜导线绕制，在提供变压器性能参数和降低产品成本方面还是非常有利的。

为了验证屈服强度σ0.2>220MPa的半硬铜导线在绕制线圈中可能出现的问题和导线自身的性能特点做了如下试验。

3 导线的实际应用试验

3.1 线圈绕制试验

分别采用：

线圈绕制过程中只有出头和换位处稍有困难，需增加相应的工装工具，线圈整体表面平整紧实，效果很好。经过本次绕制试验为今后采用屈服强度σ0.2>220MPa的半硬铜导线绕制线圈提供一下建议：

在导线选择时单根导线尺寸不要大于1.55×8，组合根数不要大于39；

线圈内径尺寸不宜太小，通常不小于？准940；

线圈要采用幅向一根并绕，轴向可采用多根并绕；

采用此种导线绕制单螺旋幅向一根并绕的线圈时，幅向的绕制系数取1.02即可。

3.2 导线的拉断试驗

本试验利用万能试验机进行的，拉断试验是测试换位导线中单根导线在不同情况下的拉断力。分别在屈服强度σ0.2=220MPa和屈服强度σ0.2=260MPa中各取5个单根导线，将每根均匀截成三段，并分别做好标记，分别对导线在常态（20℃）、热态（105℃）和经气相干燥处理后（20℃）三种状态下导线拉断力和伸长率进行对比。

在试验过程中遇到了一些问题，由于试验设备功能和精度的问题，试验并没有直接获得导线的屈服强度和导线的应力-应变曲线，只得到了拉断力、伸长率和应力-形变曲线，通过应力-形变曲线利用图解的方法可以间接得到导线的屈服强度（见试验数据表）但由于误差较大参考性不强。而整根换位导线的刚性弯曲强度和粘合强度受试验设备所限无法进行。

试验结果与理论分析基本一致。

4 结束语

总之，通过提供高导线自身的屈服强度来提高变压器的抗短路能力的方法对降低成本和提高变压器性能方面都有非常明显的优势，也是未来变压器发展的方向。

收稿日期：2018-3-14