摘 要：作為電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要組成部分，電力變壓器在實(shí)際的應(yīng)用中取得了良好的效果，為實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)開展中生產(chǎn)效率的提高帶來了必要的保障作用。在電力變壓器繞組的機(jī)電耦合過程中，某些客觀存在的影響因素，對于電力變壓器繞組軸向振動(dòng)穩(wěn)定性造成了較大的影響，給變壓器的正常工作帶來了潛在地威脅。為了改變這種不利的發(fā)展現(xiàn)狀，需要采取必要的措施構(gòu)建相關(guān)的模型，最大限度地優(yōu)化電力變壓器的服務(wù)功能。基于此，本文將對電力變壓器繞組軸向振動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行有效地分析，以便為相關(guān)的研究工作開展提供一定的參考信息。

關(guān)鍵詞：電力變壓器；影響因素；模型；發(fā)展現(xiàn)狀；軸向穩(wěn)定性

電力變壓器在實(shí)際的應(yīng)用中容易受到各種客觀存在因素的影響，影響了變壓器的安全性能，容易發(fā)生短路現(xiàn)象。短路故障發(fā)生時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的電動(dòng)力，可能會(huì)使變壓器繞組發(fā)生變形現(xiàn)象。因此，需要技術(shù)人員采用可靠的技術(shù)手段，加強(qiáng)對電力變壓器軸向穩(wěn)定性的有效分析，有效地避免各種事故的發(fā)生，為電力變壓器實(shí)際作用的發(fā)揮及繞組使用壽命的延長提供可靠的保障。

一、電力變壓器繞組軸向振動(dòng)穩(wěn)定性的相關(guān)內(nèi)容

在動(dòng)態(tài)軸向短路力與徑向短路力的實(shí)際作用影響下，繞組的部分線餅容易產(chǎn)生傾斜或者倒塌的問題，造成了繞組軸向失穩(wěn)，對電力變壓器正常工作時(shí)的安全性帶來了潛在地威脅。軸向振動(dòng)失穩(wěn)與繞組線餅及相關(guān)的構(gòu)件受到各種應(yīng)力的相互作用有關(guān)，致使相關(guān)的線路之間出現(xiàn)了短路現(xiàn)象。繞組構(gòu)件連接的不牢固、繞組墊塊變形、軸向預(yù)約緊力設(shè)置的不合理等，都會(huì)導(dǎo)致繞組軸向失穩(wěn)現(xiàn)象的出現(xiàn)。

電力變壓器繞組軸向振動(dòng)與較大的短路電磁力沖擊有著較大的影響。在這些短路電磁力的作用下，將會(huì)加劇繞組軸向振動(dòng)，促使其變形程度愈加明顯，逐漸地降低了繞組的機(jī)械強(qiáng)度，影響了繞組實(shí)際作用的充分發(fā)揮。當(dāng)短路電磁力沖擊過程中的振動(dòng)效應(yīng)達(dá)到一定的程度時(shí)，將會(huì)造成變壓器事故。因此，需要結(jié)合相關(guān)的理論及可靠的分析方法，做好電力變壓器繞組軸向振動(dòng)分析的各項(xiàng)工作，有效地避免變壓器事故的發(fā)生，為電力系統(tǒng)生產(chǎn)效益最大化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供可靠地保障。

二、變壓器短路電流的計(jì)算機(jī)相關(guān)參考模型的構(gòu)建

（一）繞組發(fā)生短路故障時(shí)短路電流的計(jì)算

相關(guān)的研究報(bào)告指出，電力變壓器繞組軸向振動(dòng)與繞組短路故障有著緊密的聯(lián)系：短路阻抗變化時(shí)，對應(yīng)的短路電流也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，最終引發(fā)變壓器事故。為了增強(qiáng)短路電流分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)采取有效的措施構(gòu)建二維漏磁場有限元模型，了解變壓器正常工作時(shí)繞組短路電磁力的整個(gè)變化流程，從而對不同應(yīng)力作用下繞組機(jī)械強(qiáng)度進(jìn)行全面的評估。結(jié)合相關(guān)的研究資料，可知對繞組性能影響最為明顯的時(shí)三相變壓器作用下的低壓側(cè)出口對應(yīng)的三相非對稱線路。在對繞組發(fā)生短路故障時(shí)短路電流的計(jì)算過程中，主要的計(jì)算公式下：

式（1）中，變壓器繞組發(fā)生故障時(shí)的一次側(cè)額定電流用IN表示，單位為安培；短路故障發(fā)生時(shí)短路阻抗相關(guān)的電感分量用Ukx表示，單位為亨利；短路阻抗相關(guān)的電阻分量用Ukr表示，單位為歐姆；短路故障發(fā)生時(shí)電流滯后電壓的相位角用 表示，計(jì)算過程中為了減少計(jì)算量，應(yīng)將相位角設(shè)置為________________________________。

（二）短路漏磁場參考模型的構(gòu)建

利用有限元分析法的優(yōu)勢，可以用2D軸對稱模型對漏磁場進(jìn)行有效地分析，主要在于電力變壓器的繞組在結(jié)構(gòu)組成上是上下對稱的。模型中主要包含了高壓繞組、低壓繞組及鐵心，短路漏磁場有限元模型分析中可將其中的高低壓繞組視為處于磁勢動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。

繞組短路故障發(fā)生時(shí)，忽略繞組與鐵心之間存在的弱磁，采取靜磁場的計(jì)算方法得出漏磁場的相關(guān)參數(shù)。在二維磁場模型構(gòu)建的過程中，其中的矢量磁位用表示，并將各種對稱邊近似看作滿足了二類齊次邊界條件的各種要求。在對磁場邊值問題求解的過程中，可以用（2）式表示：

式（2）中，x表示徑向，y表示軸向， J表示磁場邊界。

軸向振動(dòng)有限元模型構(gòu)建中，需要在有限元分析軟件的支持下得出墊塊均勻布置時(shí)繞組的位移，并利用對稱原理對兩個(gè)墊塊的實(shí)際作用進(jìn)行深入地分析。此時(shí)，由于漏磁場與短路電流共同作用下產(chǎn)生的是動(dòng)態(tài)短路力，應(yīng)結(jié)合彈性動(dòng)力學(xué)的相關(guān)理論處理實(shí)際的問題。軸向振動(dòng)有限元模型中繞組位移計(jì)算時(shí)對應(yīng)的各單元運(yùn)動(dòng)方程可以（3）式計(jì)算得到。

式（3）中，位移矢量矩陣用Z表示；摩擦系統(tǒng)用C表示；繞組剛度用K表示；選取的單元質(zhì)量用M表示；電動(dòng)力矢量用F表示。具體分析計(jì)算中應(yīng)明確預(yù)緊壓強(qiáng)與墊塊等效彈性系數(shù)之間的關(guān)系：二者是正比例的關(guān)系。因此，繞組軸向振動(dòng)穩(wěn)定性分析時(shí)可以通過改變等效彈性系數(shù)的大小，模擬整個(gè)變化過程。

三、相關(guān)結(jié)果的有效分析

根據(jù)選取特定型號的電力變壓器，可以通過短路漏磁場有限元模型機(jī)軸向振動(dòng)模型的作用，對繞組軸向振動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行合理地分析。分析中利用有限元分析軟件，得出繞組短路故障時(shí)的電抗分量 UKX%為3.82，對應(yīng)的阻抗分量Ukr%為1.23。結(jié)合三相開口短路電流的變化情況，可以得出某一時(shí)間段內(nèi)短路電流的最大值，并作為最終的漏磁場計(jì)算過程中的重要參數(shù)。

在有限元分析軟件的支持下，可以得出繞組的軸向振動(dòng)規(guī)律：當(dāng)電動(dòng)力達(dá)到最大值時(shí)，對應(yīng)的軸向短路力最大，致使端部的線餅產(chǎn)生了嚴(yán)重的變形。與此同時(shí)，繞組受到自身重力的影響，位移計(jì)算中無法利用對稱的方式計(jì)算，上部的繞組在常年的短路故障發(fā)生過程中變形顯著，靠近繞組中部的變形量相對較小。

繞組最大位移與線餅周圍的墊塊數(shù)有著很大的關(guān)系，主要在于不同數(shù)量的墊塊產(chǎn)生的短路電磁力大小有所差異，致使繞組最大位移發(fā)生了一定的變化。主要體現(xiàn)在：隨著墊塊的增加，軸向振動(dòng)的最大位移減小，最大位移的減小幅度變小。在對墊塊寬度對繞組最大位移影響分析的過程中，發(fā)現(xiàn)減少繞組的最大位移應(yīng)采取增大墊塊寬度的方式，將墊塊與繞組接觸面的變形量控制在合理的范圍內(nèi)。因此，適當(dāng)?shù)卦黾訅|塊數(shù)量，增大墊塊寬度，有利于提高電力變壓器繞組軸向振動(dòng)穩(wěn)定性。

結(jié)束語：

采取有效的措施做好電力變壓器繞組軸向振動(dòng)穩(wěn)定性分析的相關(guān)工作，有利于提高變壓器的工作效率，消除電力生產(chǎn)活動(dòng)開展過程中存在的安全隱患。在具體的分析過程中，應(yīng)采用可靠的分析方法，確保各種參數(shù)計(jì)算的合理性，并在可靠的參考模型支持下，為提高電力變壓器繞組軸向振動(dòng)穩(wěn)定性的增強(qiáng)提供可靠地保障。文中通過從不同的方面對變壓器繞組軸向振動(dòng)穩(wěn)定性進(jìn)行了必要地闡述，客觀地說明了做好這項(xiàng)研究工作對于電力變壓器服務(wù)功能完善的重要性。

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作者簡介：

孫亮，男，1987年生，保定天威保變電氣股份有限公司助理工程師，主要從事變壓器設(shè)計(jì)工作。