变压器匝间短路分析及研究

２００９，１０．
［２】 Ｈａｄｉ Ｓａａｄａｔ著 ，王葵译 ．电力系统分析［Ｍ】．北京：中国电力 出 版社 ，２００８，９．
［３］ 时珊珊 ，鲁宗相 ，闵勇等 ．微 电网孤 网运行时 的频率 特性分 析【Ｊ】．电力系统 自动化 ，２０１１，３５（９）：３６－－４１．
２，调节过程时间也基本同方式２（２５ｓ），但由于方式３根据负荷重要 性等级进行低频减载，故障进行仿真（仿真电路见图 用下，产生很大的电磁力，甚至折断绕组发生线饼坍塌，从而进一步
１）。
加剧匝间短路故障。
四 、结 论
变压器内部发生匝间短路故障时，由于一次侧电压恒定，而电
流无明显变化．从变压器的原边很难检测到这种故障的发生，只能从
二次测的角度进行检测。
二 、变压 器 匝间短 路分析 变压器匝间短路故障的匝数一般很少。故障时绕组中一部分被
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图３ 仅进行发电机调峰控制时频率误差
图５ 发电机调峰控制和三次减载频率误差 四 、总 结
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模型中变压器容量为 １０ｋＶＡ，三相输人电压为３８０Ｖ，二次侧输 量。这个分量可以通过磁敏元件（如霍尔元件）进行监测。
出电压为２２０Ｖ。仿真模型用三绕组变压器的第三绕组模拟短路匝，
用断路器控制匝间短路的发生。根据发生短路匝数不同，分别对 ５％、１０％、２ｏ％的副边绕组发生匝间短路的隋况进行仿真，记录副边 三相绕组的变压 匝的电流 况，分别如图２、３，４所示。
假设匝间短路发生在绝缘强度较低的变压器副边，原来 Ｎ 匝 副边绕组中有 Ｎ 匝短路。由于 Ｎｓ很少，对原边的电感影响可以忽 略，可以认为原边绕组的电阻Ｒ。电感 Ｌｌ均没有变化。这样短路产生 的“短路变压器”副边折算到原边的电１５Ｎ１￣４，，引起原边绕组的输人 阻抗变化也很小。当变压器的输入电压Ｕ。不变的情况下，即使发生 匝间短路，原边电流的变化量也彳 、。所以很难用检测原边电流量的 方式监测变压器的匝间短路故障。
化，
（安徽 大学 电气工程 与 自动化 学 院 ）
在薄弱处发生匝间短路故障。电磁原因是指， 正常工作状态下通有较大电流的绕组，长期
摘 要 ：绕 组匝 间短 路 是 电 力 变压 器 内部 故 障 的 主要 形 式 。本 文在 对 变压 器 匝 间 短路 进行 理 论 分 析 的 基 础 上 ．运 用 ＭＡＴＬＡＢ对 变 压 器 匝 间短 路 状 态进 行 仿 真 ，阐 述其 故 障特 征 。
从短路匝的角度分析。考虑变压器的饱和因素，即使发生匝间 短路。铁芯内的磁通量也不会明显变化。假设原边的感应电势为 Ｅ 短路匝的感应电势则为 Ｅ￣ＮＪ Ｎ，·Ｅ ，而短路匝的阻抗 Ｚｓ＝ （ＮＪ Ｎ。）ｚＺ 很小，将会引起很大的短路电流Ｉｓ＝Ｎ ／Ｎｓ＂Ｉ 。这样一个 电流对变压器内部匝间短路提供了监测的线索。
考虑变压器内部的漏磁场分布情况，在正常运行时，此漏磁场
的分布变化比较平缓，在两组绕组之间的漏磁方向基本是平行于绕
组的叠装方向的，只有在绕组的顶端及底端附近有明显的垂直于绕
组方向的漏磁分量。
图１ 变压器匝间短路故障仿真电路
在发生匝间短路之后，短路匝内电流会产生一个新的磁场源， 引起变压器内漏磁场发生畸变，使得绕组中段也出现辐向的漏磁分
图 ３ 副边 １ｏｏ／￣ 组匝间短路时副边电压殁短路匝电流
ｈ八 ＼／＼ 图４ 副边 ２ 绕组 匝间短路时副边电压及短路匝电流
三、变压器匝间短路模型仿真
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为了验证以上分析的正确性。本文运用 ＭＡＴＬＡＢ ２０１０ ｂ中单 匝数的增多而减小。这样大幅值的短路电流，会在变压器漏磁场的作
学 出版 社．１９９０．
图２ 副边 ５％绕组匝间短路时副边电压及短路匝电流
■■■● ２０１２￣ ７期
责任编辑 ：李丹丹
参考文献： 『１ １ 王晶．电力系统的 ＭＡＴＩＡ盼 ＩＭｕｕＮＫ仿真与应用嗍 ．西安 电
子科技大学出￣ ￣．２ｏｏ８． ［２］ 陈怀琛，吴大正．ＭＡＴＬＡＢ及在电子信息课程中的应用呻 电子
工业 出￣￥￣２００６． ［３］ 尹克宁．变压器设计原理 中国电力出版社２０Ｏ３．
【４］ 李湘生 ，陈乔夫．变压器的理论计算与优化设计呻 华中理工大
责任编辑 ：李丹丹
２ｏｌ２年第７期－＿ｌ
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短路短接起来，与原来所属的绕组部分独立开来。但这部分绕组自身 仍是闭合的线圈组，相当于产生了—个新的高匝比的“短路变压器”： 剩下未短路的部分可以继续变压器的功能，相当于绕组突然问减少 了一部分匝数。
三是首先对３台小发电机组进葡 辇控制。０．４ｓ后再 沲１氐频减 参考文献 ：
载。根据重要性等级，在０．４ｓ时先减去 ７４１变压器后的３６￣８ＭＷ负 【１ ］ 刘 天琪 ，邱晓燕 ．电力 系统分析理论【Ｍ】．北京 ：科学 出版社 ，
载；在 １２ｓ减去７３６变压器所带 ３２．４０ＭＷ负载；在 ２０ｓ减去 ７３５变 压器Ｅ帚带２２．６８ＭＷ负载。３台发电机组的痪鞫影 如图５所示。 ｒ 通过 ３种方式下频率调节的仿真结果对比可知．方式 １频率最 大误差大（０３８５Ｈｚ），调节过程时间长（４５ｓ）；方式２频率最大误差减 ｄ＇，（０．０９Ｈｚ），调节过程时间变短（３０ｓ）；方式 ３频率最大误差同方式
处于变压器漏磁场当中所受到的电磁力作 用下，产生形变引发的一系列故障的—部分。
分析匝间短路故障。研究其特征 ，可以
关 键 词 ：变压 器 ＭＡＴＬＡＢ 匝 间短 路
为检测匝间短路故障提供依据。对于电力变
一 引 言 、
绕组匝问短路是电力变压器内部故障的主要形式．占电力系统 中中大型变压器故障情况的５０ｏ／￣６０％。造成匝间短路的原因复杂，
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图４ 发电机调峰控制和一次减载频率误差
区域配电网发生孤岛事件时，为了保证负荷供电自备电厂需孤 网运行。当自备电厂发电功率不足，需进行频率控制。文章分析发电 机有功功率与频率关系及发电机 次、二次调整对频率变化的影响 后。并考虑实际负荷重要性程度，给出了一种低频甩负荷策略。通过 对某钢铁企业自备电厂孤网运行在仅调峰控制、调峰控制和一次性 减载、调峰控制和按负荷重要性等级不同分阶段减载等３种调频方 式仿真比较，表明考虑负荷重要性等级不同的低 疆负荷策略可行。
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主要分机械原因和电磁原因两种。机械原因
变 压 器 匝 间短 路 分析 及研 究 是指变压器绕组在制造过程中产生的绕组 绝缘破损引起的绕组短路。包括绝缘材料自
身的厚度强度问题，加工嵌线过程中对漆膜
周 睿 王群京 李 国丽
造成的损伤。换位处加强措施不足以及设计
绝 弭 度问题等，造成的局