1前言

变压器短路强度计算是大中型电力变压器设计 的关键，如果计算方法不完善，则不能满足设计的要 求，变压器在运行中可能遭到短路的破坏。因此，我 所与沈阳工业大学共同开发了变压器短路强度计算 软件。计算分析了大型电力变压器突发短路时绕组 的漏磁场、电动力、短路强度、线饼动态力和位移等， 为提高变压器绕组的抗短路能力提供了设计依据， 而且经短路强度计算合格的变压器产品都顺利地通 过了短路强度试验。 GB1094．5—2003中详细规定了短路试验的方法 和判定依据。因此对通过变压器短路试验的产品，可 以判定其具有承受短路动稳定的能力。表 1为我所设计开发的，经短路试验后合格的部分变压器产品。 由于试验条件的限制，每台变压器都进行短路 强度试验是不可能的，也是没有必要的，因此在设计 变压器之前，对每台变压器进行耐受突发短路能力 的计算和分析是非常重要的。表l中的变压器产品， 在通过计算软件对其耐受突发短路能力的计算、分 析以及调整后，再进行结构设计，其结果是全部产品 都通过了短路试验。由此可以证明变压器短路强度 计算软件的计算结果xx可以指导变压器产品的结 构设计和工艺制造。 笔者利用变压器短路强度计算软件，对变压器 产品的耐受突发短路能力进行了大量的计算和分 析，并总结出了直接影响变压器耐受突发短路能力 的两个因素。

2绕组磁场中心位置的影响

在绕组高度方向上，辐向漏磁通将有一个由大 到小，降低到零后又反向增大的变化过程，一般情况 下，称绕组中部辐向磁通密度为零的位置为磁场中 心。磁场中心的具体位置如图 1所示。 一般情况下，在变压器产品设计时，应保证每个 绕组的磁场中心在同一高度上。但是由于考虑设计 时的其他因素，如产品生产制造时的偏差和绕组干燥过程中垫块收缩不均匀的影响，所以，在实际产品 中，每个绕组的磁场中心很有可能不在同一水平面 上。磁场中心不在同一高度时，可增大沿绕组轴向的 安匝分布不平衡，从而使辐向漏磁通增大，辐向漏磁 通的增大将引起轴向电动力的增大。变压器发生短 路时，一个绕组受到向上的短路力 ，而另一个绕 组受到一个向下的短路力 ，这两个力力图加剧磁 场中心偏离的程度，如图2所示。 笔者以SZ11—31500／66产品为例，阐述了当绕 组的磁场中心不在同一高度上时，对耐受突发短路 能力的影响。 当低压绕组(LV)和高压绕组(HV)的磁场中心 在同一高度上时，即低压绕组和高压绕组都是以本 身的绕组中心为磁场中心，这两个磁场中心就在一 个水平面上。此时每个绕组以磁场中心为镜像的上 下两部分的安匝相等，分区情况相同，每个互相对应 的分区中的线匝的总高度相同，同时还保证两个绕 组互相对应的分区的安匝和高度尽量接近。在这种 情况下，利用短路计算软件得到的轴向短路力如表2所示。 当低压绕组和高压绕组的磁场中心在高度上相 差5mm时，在保证其他尺寸和性能要求不变的情况 下，软件计算的结果是辐向漏磁通的增大引起了轴 向短路力的增大，具体情况如表3所示。 比较表 2和表 3中的数据可以看出，表 3中每 个绕组的上部轴向力和下部轴向力以及轴向力的合 力(TOTAL)都有明显地增加。虽然按过去惯例判断 (合力小于 1．5倍的器身重量)仍合格 ，但承受轴向 力的相应结构件需适当加强。轴向力增加的幅度见 表4。 由表 4可以看出，由于两绕组磁场中心相差 5ram，使两绕组的轴向力的合力发生了近似于5倍 的变化。因此，对于电压等级为66kV的产品，这个 变化设计人员必须予以注意。因为在双绕组变压器 中，绕组的轴向力使绕组及相应的结构件承受压力 的作用。当这个力导致结构件所受到的力大于结构 件的许用应力时，可使绕组、压板及夹件等零部件产 生较大变形，并使整个绕组破坏。轴向力和辐向力一样，都是变压器运行时出现严重事故的主要因素。所 以，在变压器的设计过程中，要尽力保证绕组的磁场 中心能在同一个高度上。

3绕组对应分区匝数百分数的影响

变压器安匝平衡的好坏，决定了变压器辐向漏 磁通的大小，而辐向漏磁通的大小又直接影响变压 器绕组轴向力的大小。当变压器发生短路时，将引起 很大的轴向力，产生较大的横向涡流损耗，并出现局 部过热现象。因此，在变压器设计时，应尽量考虑减 少辐向漏磁通。一般在排列绕组的线匝时，应尽可能 使两个绕组对应分区的安匝趋于平衡，而且要使每 个绕组对应分区的匝数百分数尽量接近。但是绕组 对应分区的匝数百分数对轴向力的影响到底有多大 呢?笔者以SZ11-50000／110变压器为例，阐述了绕 组对应分区匝数百分数对耐受突发短路能力的影 响。 SZ11—5o000／110变压器的高压绕组和低压绕 组在高度上各分4个区，高压绕组分区为第 1 区～ 第4 区，低压绕组分区为第 1区～第4区，分区的示 意图如图3所示。所谓的绕组对应分区，对于高压绕 组，第 1 区和第 4 区，第 2 区和第 3 区是本文中所 指的绕组对应分区；对于低压绕组，第 1区和第 4 区，第 2区和第 3区是本文中所指的绕组对应分区。 笔者以高压绕组匝数百分数的改变，低压绕组 保持不动来讨论安匝的不对称性对绕组轴向力大小 的影响。首先看表 5所示的分区xx对称的高压绕 组安匝百分数，第 1 区和第 4 区为 9．36％，第 2 区 和第 3 区为40．64％，在这种情况下计算的短路强度 结果见表 6；再看表7所示的分区不对称的高压绕组安匝百分数，第 1 区和第 4 区的差值为 1．92％，在 这种情况下计算的短路强度结果见表 8。 比较表 6和表 8中的数据可以看出，表 8中每 个绕组的上部轴向力和下部轴向力都有明显增加， 导致轴向力的合力也随之明显增加。因此，绕组安匝 分布的不对称对轴向力的大小影响很大。轴向力增 加的幅度见表 9。 由表 9可以看出，由于高压绕组第 1 区和第 4 区的差值为 1．92％，使两绕组的轴向力的合力发生 了近似于 8倍的变化，对于电压等级为 110kV的产 品，这个变化也是很大的。所以在变压器的设计中， 一定要注意绕组的安匝分布，{zh0}是保证辐向漏磁通能达到最小的程度。对于分级绝缘的 110kV级变 压器，在布置其安匝时，不但要考虑绕组的填充系 数，还要尽量保证两端安匝分布的对称性，避免由于 两端安匝分布的不对称而导致绕组轴向力的增大。 虽然本文中实例的具体数据不一定具有普遍意 义，但设计者应对这两个影响轴向力的因素予以足 够的重视，力争使磁中心重合和安匝平衡。此外，工 艺措施对保障设计要求也至关重要。

4结束语

影响变压器突发短路能力的因素很多，而且也 比较复杂。本文中笔者应用我所开发的变压器短路 强度计算软件，以实际产品的具体结构为基础，仅对 各个绕组磁场中心位置以及绕组对应分区匝数百分 数对耐受突发短路能力的影响因素进行了分析。本文中实例分析所得到的结论与参考文献中的观点是 相同的。因此，变压器短路强度计算软件的计算结果 可以应用于大中型变压器产品的设计中，以满足产 品的设计要求。