变压器绕组匝间短路分析的新方法

东北电力大学电气工程学院、松花江水力发电有限公司吉林白山发电厂的研讨人员潘超、米俭、王格万、蔡国伟、张永会，在《电工技术学报》2019年第4期上撰文（论文标题为“基于场路耦合的变压器绕组匝间短路电磁谐响应剖析办法”）指出，变压器绕组匝间短路会形成绕组构造严重变形以至烧毁，从而影响到设备乃至系统的平安稳定运转。
   
   基于场路耦合原理树立单相变压器三维有限元模型，研讨变压器空载运转绕组匝间短路问题，经过剖析绕组不同位置匝间短路时的电流、磁通以及受力状况，研讨变压器励磁与绕组受力的对应关系，并总结其变化规律。在此根底上，搭建变压器绕组匝间短路动模实验平台，测试短路绕组振动加速度，经过比照仿真结果与实验数据，考证了本文办法的正确性与有效性。
   
   变压器绕组匝间短路普通由于绝缘损坏形成线匝短接，具有毛病相短路电流突变、电动力与振动猛烈，且非毛病相电流无明显变化的特性。传统维护在变压器发作匝间短路时辨识绕组毛病状态的难度较大，若变压器持续负载运转，将会招致绕组变形以至烧毁的恶劣结果。
   
   变压器绕组匝间短路属于内部毛病，差动维护在处置该毛病时存在失效或拒动的问题。油色谱剖析法应用气体探测器可以检测变压器内部毛病产生的特征气体，但在处置匝间短路毛病时不适用；对称重量法应用派克变换求得变压器端口电流的相位完成毛病辨识，但是匝间短路等内部毛病会招致对称重量法的完成艰难、计算复杂等问题；漏感因子法经过短路和空载实验获取绕组正常和匝间短路时的电气信息，从而得到变压器等效电感矩阵，经过最小二乘法停止毛病诊断，但是相关实验展开难度较大，监测计划施行复杂。
   
   以上各诊断办法主要以电路为主，未充沛思索变压器毛病后的电磁耦合特性。近年来很多学者基于电磁耦合原理研讨变压器内部毛病时磁场问题，文献[15]将变压器简化为二维模型，思索了变压器毛病时的电磁特性，但误差较大。文献[16]经过比照仿真变压器绕组短路电动力的二维模型和三维模型，阐明三维仿真模型具有高精度的优势。
   
   文献[17]模仿变压器的磁路构造剖析振动噪声问题，将绕组简化为筒状构造，因而在研讨绕组毛病时局限性较大。文献[18]应用时间有限元法考证用于计算变压器短路电动力的办法，但是计算过程复杂，疏忽了绕组短路后形成的安匝不均衡对漏磁场以及电动力的影响。文献[19,20]应用场路耦合原理，分别研讨变压器内部偏磁失稳和振动问题。
   
   已有研讨标明，变压器绕组匝间短路对设备运转乃至系统稳定产生了极大危害，固然这一问题惹起了国内外的普遍关注，但是罕有文献对变压器绕组匝间短路电磁特性及受力振动停止仿真剖析，关于绕组匝间短路动模实验固然已有报道，但并未对绕组漏磁、受力与振动停止系统研讨。
   
   本文基于场路耦合原理，提出一种变压器匝间短路电磁谐响应剖析办法。经过树立变压器三维有限元磁场模型，模仿变压器绕组内部匝间短路毛病时谐电磁环境，分离时域微分电路模型剖析变压器毛病时绕组电流、漏磁场和电磁力的变化状况，并总结其规律。基于谐响应剖析，经过数值仿真与物理实验相分离的方式对所得结论停止考证。
   
   应用时域场路耦合模型研讨变压器绕组匝间短路问题，得出以下结论：
   
   1）绕组在不同位置发作匝间短路时死心的励磁饱和状态类似，但绕组短路电流、漏磁通及受力相差较大，端部匝间短路所产生的电磁效应更为恶劣。结果标明场路耦合模型可以有效模仿变压器绕组匝间短路时的内部磁场环境，仿真结果与实验数据比照考证了本文办法的正确性。
   
   2）电磁谐响应剖析结果标明，匝间短路时死心励磁过饱和，端部绕组匝间短路时，各线匝漏磁通高于中部绕组匝间毛病时的漏磁通；短路绕组主要接受轴向电磁力，端部绕组匝间短路时，线饼受力较为严重；绕组振动加速度频谱散布较为复杂，但振动频谱主要集中于0～500hz频段，其中2次谐波振动最为猛烈。
   
   3）经过动模实验平台监测不同毛病状况下的绕组振动信息，结果考证了本文办法的有效性，从而为变压器绕组匝间短路的监测与剖析提供可行计划。