变压器技术问答_8_

铁心
漏磁通
轴向 辐向
低压 绕组
高压 绕组
图 ３６ 双绕组同心式排列的漏磁场
外发散， 而下端向绕组内侧收拢所产生的水平分量。 由右手定则可知： 轴向漏磁通产生辐向电磁力， 辐向 漏磁通产生轴向电磁力， 如图 ３７ 所示。
轴向压力 轴向压力
辐向张力
辐向 压力
辐向张力
低压绕组
高压绕组
图 ３７ 漏磁通产生的辐向力和轴向力
ｊ— ——绕组额定电流密度 例如一台中小型铝绕组变压器， ｕｚ％＝４％， 电流 密度为 ２Ａ+ｍｍ２， 则 ｔ２００＝０．５６×（ ４+２） ２＝２．２４ｓ 大型变压器所需的时间会长些， 而断路器跳闸的时 间远小于此值， 所以一般情况下短路电流的热稳定 是可以满足的。现在低损耗变压器电流密度更小， 所 以变压器很少有热稳定性问题。 ３．１２ 什么是分裂式绕组？ 对它有什么要求？ 把变压器的低压绕组分裂为两部分， 在电气上 互不连接。两部分低压绕组分别接在两台发电机上， 每台发电机可以单独运行， 也可同时运行， 一台发电 机发生故障退出运行， 另一台发电机仍能正常工作。 满足上述要求的低压绕组， 就称为双分裂绕组。每一 分裂绕组的容量为变压器容量的一半， 绕组的轴向 分裂排列方式如图 ４０ 所示， 也可用辐向分裂排列方
变压器在运行时二次侧如发生短路， 其短路电 流是很大的， 一般为额定电流的十几倍到二十几倍。 变压器相当于一个阻抗， 变压器短路阻抗越小而容 量越大时， 短路电流倍数越大。由于断路器接收信号 与跳闸需要一定的时间， 变压器难免要受到短路电 流的冲击。
短路电流的最大值与短路瞬间电压的相位角有 关。当短路瞬间电压相位角为 π+２ 时， 电流不突变， 不突变就不会发生过渡过程， 只流过稳态短路电流。 当短路瞬间电压相位角为零时， 发生最严重的过渡 过程， 产生直流分量的短路电流。直流分量电流与稳 态短路电流叠加， 短路电流增大， 在半周内瞬时短路 电流达到最大值 ｉ１ｍ， 如图 ３９ 所示。
在同一相位上。主磁通在闭合磁路的铁心中成封闭
回路， 但在饱和后会溢出铁心成回路， 漏磁通在开磁
路结构件包括通过部分心柱或磁屏蔽成回路， 主磁
通与漏磁通在心柱内为相量相加或相减， 主磁通在
铁心内产生空载损耗， 漏磁通在绕组内与结构件内
产生附加负载损耗。主磁通与漏磁通在数量上有下
列关系：
Φｓ＝
ｕｋ％ １００
绕组末端绝缘水平比首端低时采用分级绝缘。 在分级绝缘中， 电压高时首端到铁轭的距离比末端 大。饼式绕组的末端线饼内层不用垫绝缘， 不加强绝 缘， 也不放静电环和角环。高压试验变压器绕组采用 分级绝缘， 还有利于散热， 减小电容。
分级绝缘可以减小绕组的尺寸， 简化结构， 方便 制造， 并节约材料。但分级绝缘的变压器一般只允许 在 Ｕｍ≥１２６ｋＶ 中性点有效接地的系统中使用。
第８期
《变压器》杂志编辑部： 变压器技术问答（ ８）
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Ｏ
ａ１
Ｏ
ａ１
ｂ１
ｃ１
ｘ１ ａ２
Ａｙ１ ｂ２
Ｂ ｚ１ ｃ２
Ｃ
ａ２ ｘ１
Ａ
ｘ２
ｙ２
ｚ２
ｘ２
（ ａ） 原理接线图
（ ｂ） 每柱绕组排列图
图 ４０ 三相双绕组低压轴向双分裂变压器
式（ 即低—高—低排列） 。 如低压绕组分裂为三部分， 在电气上互不联系，
这个很大的短路电流将对变压器产生较大机械 力并使温度升高， 对变压器的动热稳定性产生影响。
（ １） 电磁力对动稳定性的破坏 在额定电流下， 电磁力虽然与电流平方成正比， 但还是不太大的。短路时短路电流增加一二十倍后，
ｉ１ｍ
短路电流的直流分量 瞬时短路电流
电压
ｔ
稳态短路电流
图 ３９ 短路瞬间电压为零时短路电流增加的波形
轴向漏磁通使外侧高压绕组产生向外的辐向张 力， 即高压绕组的直径要增大， 圆周方向受拉伸应 力， 绕组导线必须承受住这个力； 反之， 轴向漏磁通 使内侧低压绕组产生向内的辐向压力， 即低压绕组 的圆周方向被压缩， 设计与制造时要防止该绕组失 稳而变形。
辐向漏磁通使高、低压绕组均产生向内的轴向 压力。该力作为绕组的压缩力， 两端导线承受的作用 力为最大， 对垫块的压缩力是导线上作用力的合力， 因此在绕组中部最大。由这些力在导线和垫块中产 生的应力， 必须限制在允许范围内。用油浸层压纸板
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变压器
第 ４４ 卷
制作的垫块的允许压缩应力在 ３９．２ＭＰａ 以下。 另外， 由于绕组的高度不同、安匝的不平衡和分
接线段切除等所产生的轴向压力和张力类似于交错 式排列时的轴向力。
（ ２） 交错式排列时 绕组为交错式排列时的漏磁通与上述同心式排 列不一样， 它所产生的漏磁通主要是辐向漏磁通， 如 图 ３８（ ａ） 所示， 而所产生的则主要是轴向力， 如图 ３８ （ ｂ） 所示。
（ 待续）
每部分可分别接一台发电机， 这样的变压器绕组称 三分裂绕组。每一分裂绕组的容量为变压器容量的 三分之一。
对分裂绕组有下列几点要求： ａ． 升 压 变 压 器 分 裂 绕 组 各 支 路 之 间 要 有 足 够 大 的总阻抗。这样， 一台发电机有故障时， 不致使另一 台发电机退出运行。因阻抗大， 可限制短路电流到另 一台发电机中去。 ｂ． 分 裂 绕 组 的 各 个 支 路 与 其 他 不 分 裂 绕 组 之 间 的总阻抗要彼此平衡。 ｃ．三相轴向分裂变压器中， 每 柱 高 压 绕 组 必 须 上下并联， 单相变压器可采用两柱高压绕组并联。这 样， 可使分裂绕组的每一支路在一个或两个支路断 开时仍能运行。运行着的支路要用避雷器保护。 ｄ． 具 有 同 样 额 定 电 压 的 分 裂 绕 组 的 各 个 支 路 也 要能并联运行。 ｅ． 分 裂 绕 组 各 部 分 与 其 他 绕 组 之 间 的 绝 缘 结 构 应有足够的电气强度。这是因为， 当高压绕组上有冲 击电压作用后， 两个分裂绕组相邻端子间有较大的 感应电压。 ｆ．分 裂 阻 抗 电 压 ： 单 相 双 分 裂 绕 组 的 分 裂 阻 抗 电压为普通不分裂双绕组阻抗电压的 ４ 倍； 三相轴 向双分裂的分裂阻抗电压为普通双绕组不分裂时阻 抗电压的 ３．５ 倍左右。分裂式变压器的阻抗电压可 按绕组为不分裂时的阻抗电压计算法进行计算， 得 出的阻抗电压值乘以上述的倍数， 即为分裂阻抗电 压。 ｇ． 分 裂 变 压 器 要 有 足 够 的 承 受 短 路 电 流 产 生 的 机械力的能力。 ３．１３ 什么是绕组中的主绝缘和纵绝缘？ 绕组为什 么要真空干燥和浸漆？ （ １） 绕组的绝缘 绕组的纸筒、电木筒， 绕组端绝缘和静电环与地 之间的绝缘为绕组的主绝缘。 导线外包绝缘、圆筒式绕组层绝缘、静电环与线
则电磁力可增加到几百甚至上千倍。根据以上对电 磁力的分析， 它对绕组的动稳定性将有一定影响。
外绕组承受辐向张力， 在短路时有可能使绕组 线匝崩断； 内绕组受辐向压力， 在支撑撑条的支点间 导线将产生变形。如果绕组轴向不紧密、导线截面过 小、出头固定不牢靠、垫块不密实， 在短路电磁力作 用下， 都可能使绕组变形、松散。压紧装置强度不够 时， 还可能使绕组轴向紧固破坏。
（ ａ）
（ ｂ）
图 ３８ 两个磁势平衡组交错式排列绕组的漏 磁场和电磁力
由于高、低压绕组辐向尺寸很接近， 安匝分布基 本上是匀称的， 因此， 不但可以忽略轴向漏磁通， 而 且在正常运行时辐向漏磁通也不大， 其所产生的轴 向力也不大。图中所示的为两个磁势平衡组的情况。 这里所谓的“磁势平衡组”是指磁势大小相等而方向 相反的一对或一部分绕组。 ３．１１ 变压器短路时短路电流有什么危害？
电压励磁时产生的主磁通不应使铁心饱和， 即此时
的磁通密度不应饱和。主磁通是相量， 一般用峰值表
示。
当变压器中流过负载电流时， 就会在绕组周围
产生磁通， 在绕组中由负载电流产生的磁通叫漏磁
通， 漏磁通大小取决于负载电流。漏磁通不宜在铁磁
材质中通过。漏磁通也是相量， 也用峰值表示。
主磁通与漏磁通都是封闭回路， 都是相量， 但不
第 ４４ 卷 第 ８ 期 ２００７ 年 ８ 月
变压器 ＴＲＡＮＳＦＯＲＭＥＲ
Ｖｏｌ．４４ Ｎｏ．８ Ａｕｇｕｓ ｔ ２００７
变压器技术问答（ ８）
《变压器》杂志编辑部
３．９ 什么是主磁通？ 什么是漏磁通？
当变压器中一个绕组与电源相联后， 就会在铁
心中产生磁通， 在铁心中由于励磁电压产生的磁通
叫主磁通， 主磁通大小决定于励磁电压的大小。额定
流方向向外 （ 用⊙表示） ， 高压绕组电流方向向里
（ 用"表示） ， 根据右手定则， 它们的漏磁通（ 图中用
虚线表示） 在两绕组间必然向上， 如图 ３６ 所示。
为方便起见， 漏磁通可以分为两个分量： 轴向
（ 纵向） 漏磁通和辐向（ 横向） 漏磁通。轴向漏磁通是
垂直向上的； 辐向漏磁通是由于绕组上端漏磁通向
段之间绝缘、线段（ 层） 之间的绝缘等为绕组的纵绝 缘。
用圆导线绕制圆筒式绕组时必须用硬质绝缘 筒， 否则绕制工艺不易解决。但是电木筒的电气强度 较差， 因此电压在 ６０ｋＶ 及以上， 容量在 ８ ０００ｋＶＡ 及以上的变压器绕组是绕在撑条上， 在器身装配时 先围好纸筒， 然后将绕组套在纸筒外。特大容量变压 器的绕组是绕 ——变压器阻抗电压百分数 Φ０— ——主磁通 Φｋ— ——漏磁通 绕组的漏磁通是怎样分布的？ 产生什么样的
电磁力？
（ １） 同心式排列时
双同心式排列时漏磁通一般比同心式排列要
小， 多同心式排列则更小些， 现以双绕组单同心式排
列为例， 说明漏磁通是怎样分布的。
双绕组中电流方向是相反的， 如果低压绕组电
（ ２） 发热对热稳定性的破坏 变压器在短路过程中， 强大的短路电流使绕组 损耗增加。由于绕组电阻损耗与电流平方成正比， 所 以电阻损耗会增加几百倍， 同时温度上升很快， 短路 时间又很短， 热量可以认为没有发散， 全用来使绕组 升温， 如断路器不跳闸， 变压器有可能烧毁。 按国家标准， 油浸式 Ａ 级绝缘变压器绕组短路 时最大允许的平均温度： 铜绕组为 ２５０℃， 铝绕组为 ２００℃。按近似计算公式， 绕组达到该温度的时间分 别为 ｔ２５０＝１．７８（ ｕｚ％+ｊ） ２， ｓ ｔ２００＝０．５６（ ｕｚ％+ｊ） ２， ｓ 式中 ｕｚ— ——阻抗电压百分数