几种变压器的短路问题

几种变压器的短路问题

在第12章的学习中，以基本电磁定律为基础，通过对交流铁芯线圈电路的电磁关系的分析以及有关物理量的计算，我们了解了变压器的工作原理及基本结构。推导出三个重要变换关系即电压变换、电流变换、电阻变换，并了解了电压互感器和电流互感器等特殊变压器。随后提出了关于几种变压器能否短路的问题。

1 变压器短路问题

1.1变压器短路运行分析

变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装

置，主要功能有电压变换、电流变换、阻抗变换等。虽然

各种变压器用途不同，但主要部件都是铁芯和绕组（包括

主边和副边，且变换的比例都和两侧线圈匝数比 K有关。

当变压器副边短路时，将产生一个激增的短路电流。

由于副边电流是与原边电流反相的，根据磁动势方程

I1N1+I2N2=I0N1可知副边电流能抵消原边电流产生的主磁

通，而当一次绕组电压U不变时，主磁通也基本保持不变，这时一次绕组必然也将产生一个很大的电流来抵消副边短路的去磁作用，这样二种因素的大电流汇集在一起作用在变压器的铁芯和线圈上，在变压器中将产生一个很大的作用力。这个力作用在线圈上，可以使变压器线圈发生严重的畸变和崩裂，另外产生出允许温升几倍的温度，致使变压器在很短时间内烧毁。

1.2变压器短路故障分析

变压器短路的原因很多，大致可分为三类。（1）电流引起的短路故障：短路电流的热效应会致使变压器元件之间的绝缘层过热破坏，绝缘材料会严重受损被击穿，最终导致变压器是损坏比较严重。（2）过热性故障：变压器内部的元器件都有可能发生局部过热，如载流导体甚至螺栓因接触不良发热过多；变压器的漏磁形成环流、涡流损耗，变压器的铁芯发生短路都会使局部过热。（3）出口故障：由变压器出口短路引起变压器内部故障的原因比较多，与变压器材质、结构设计和工艺水平等因素有关。

1.3提高变压器抗短路能力的方法

变压器是整个电力系统的核心，若发生故障会影响到电网的运行，必须采取相应的措施来完善变压器，减少短路故障发生的频率。一方面在技术层面要完善整个变压器的结构设计。在变压器的设计过程中除做好变压器的抗短路能力的设计，还应考虑高温、电磁力、机械力对变压器元器件的影响，在材料的选用、生产过程中也应考虑各方面要求。

另一方面在使用过程中，要根据电网的实际需求，选用合适的变压器型号和容量，所选用的变压器要经过严格的实验工作，保证各项性能都符合该电网的需求。变压器在安装过程中要使用专业的安装人员进行施工，保证变压器的安装质量，避免安装中出现错误，引起变压器出现短路故障。在变压器的运行中要重视重合闸和强行投运情况，他们都可能加剧变压器的损坏，可以采取将重合闸的重合时间延长，这样会减少对变压器的损坏。由于变压器工作环境的和工作条件的特殊性，必须要将变压器的接地，防止出口短路。

2 电压互感器短路问题

2.1电压互感器运行分析

电压互感器是用来将高电压变换成低电压的降压变压器。其一次绕组匝数多，并联在被测高压电路上；二次绕组匝数少，与电压表、电压继电器或其他仪表的电压线圈相连接。其工作原理、构造和接线方式都与变压器相同，只是容量较小，通常仅有几十或几百伏安。它的用途是把高电压按一定的比例缩小，使低压线圈能够准确地反映高电压量值的变化，以解决高电压测量的困难。同时，由于它可靠地隔离了高电压，从而保证了测量人员和仪表及保护装置的安全。

2.2电压互感器短路危害

电压互感器本质上也是一种变压器，显然同变压器一样副边不能短路。一方面，由于电压互感器本身阻抗很小，当二次侧短路会产生很大的短路电流，烧损互感线圈，引起一次侧、二次侧击穿，甚至引起连锁反应损坏电路。另一方面，电压互感器主要用在精密测量仪器中，即便短路不会损坏电路，也会因电流激增使有关保护原件产生动作，从而影响仪器的功能，使有关距离保护和与电压有关的保护误动作，仪表无指示，影响系统安全，所以电压互感器二次不能短路。

2.3电压互感器短路的防止

同变压器一样，电压互感器在使用中为了确保人身安全，综合考虑安全性和经济性，互感器铁芯和二次绕组的一端都应妥善接地防止短路。

3 电流互感器开路问题

3.1电流互感器运行分析

电流互感器原绕组的匝数很少, 通常只有一匝到

几匝, 它的一次串接到被测电路中, 流过被测电流I1,

这个电流与普通双绕组变压器的一次侧电流不同, 它

与电流互感器二次侧负载无关, 只决定被测电路负载

大小。而副绕的匝数比较多, 它与电流表或其它仪表串联成闭合回路, 二次侧是处于短路运行状态, 也就是一次侧电流I1, 不随二次侧电流I2 的变化而变化(这里不同于普通变压器), I1只取决于一次回路的电压和阻抗。正常工作（互感器未开路）时由于二次绕组磁动势抵消了部分一次绕组的磁动势，铁芯中的空载磁势I0N1并不大, 二次绕组中的感应电压也不大。在一次侧负载不变时，一旦二次侧开路（拆下仪表时未将二次侧短接）则二次回路电流I2 和磁势将消失,由磁平衡方程式:I1N1+I2N2=I0N1 可得I1N1=I0N1，铁芯空载磁势I0N1 和磁通必然增大，二次侧感应出高电压，将会危害设备及人身安全。

3.2电流互感器开路原因及现象

造成电流互感器二次侧开路的原因有很多，一方面可能是由于互感器二次绕组损坏、氧化、锈蚀等客观原因造成的接触不良进而开路，另一方面则可能由于使用者的操作失误，如忘记将拆下的端子从新短接起来导致的开路。

电流互感器二次侧开路时会产生异常现象，如 (1) 电流互感器二次回路端子、元件线头等有放电、打火现象。开路时, 由于电流互感器二次产生高电压, 可能使互感器二次接线柱、二次回路元件接头、接线端子等处放电打火, 严重时使绝缘击穿。(2)仪表指示异常

降低或为零。如用接有电流表的回路开路,会使三相电流表指示不一致,功率表指示减小,计量表计不转或转速变慢。如果表计指示时有时无,有可能处于半开路状态(接触不良)。(3)仪表、电能表、继电器等冒烟烧坏。上述元件烧坏都会使电流互感器二次开路,有功功率表、无功功率表以及电能表远动装置的变送器、保护装置的继电器烧坏, 不仅使电流互感器二次开路,同时也会使电压互感器二次短路。(4)电流互感器本体有噪声、振动等不均匀的声音,这种现象在负荷小时不太明显。当发生开路时, 因磁通密度的增加和磁通的非正弦性,硅钢片振动力加大,将产生较大的噪声。

3.3电流互感器运开路处理方法及防止措施

由上述电流互感器开路运行分析可知，开路时会瞬间感应出高电压，在交流电网中甚至高达千伏。对设备一次回路，开路产生的高电压也会对设备本身与工作人员的安全产生威胁。同时由于磁感应强度的急剧增大，将会使铁芯严重发热，烧坏绝缘层进而引起连锁反应。

对二次回路而言，由于互感器多用于测量、控制等仪器，首先是计量上的损失，由于开路将会失去电流的数据，在故障的过程中将无法对线路的实际负荷进行计量。其次，当二次侧开路时，继电保护将会因失去电流失效，差动保护与零序保护则会因为产生了不平衡电流而误动。所以在二次开路故障产生时设备产生的各种其他故障保护装置是无法起到保护作用的。而对于差动保护，甚至可能产生误动的情况。

使用电流互感器时，为了安全起见，互感器的铁芯和二次绕组一般都接地处理。在操作的过程中，要做好绝缘防护，操作过程要严格按照安规要求进行。发现二次开路时，首先按照图纸将二次端子短路。在对故障检查和处理过程中，首先要尽量减小一次的负荷电流，使二次绕组的电压降低。通过检查短接时是否出现火花来鉴别短路点的位置，逐步排查出断路点。