由引線引起的電力變壓器過(guò)熱性故障分析二

1、由引線引起的電力變壓器過(guò)熱性故障分析（二）對(duì)于過(guò)熱機(jī)理，已有些分析，但并不完整。本文利用上述實(shí)例進(jìn)行定量計(jì)算與理論分析，力求更加詳細(xì)地揭示故障發(fā)展的過(guò)程。將引線假設(shè)為位于銅管中心的一條直線，流通電流 I （單相變壓器，中性點(diǎn)電流等于相電流，假設(shè)電流是均勻分布的） 。引線 A 點(diǎn)與銅管內(nèi)壁 B點(diǎn)靠接前， A 與 B點(diǎn)電位差 uab 應(yīng)有兩部分組成。一是電流在引線上引起的電阻電壓 u；二是靠接點(diǎn)、銅管、引線、上端引線導(dǎo)電桿形成的閉合回路中由引線電流引起的交變磁通產(chǎn)生的感應(yīng)電勢(shì) e。將 L=2970mm,RA=10.2mm,RB=27.5mm,及I=1011A（幅值）代入公式，可得到磁通幅值 =5.

2、98 ×10-4Wb，對(duì)于正弦波閉合回路感應(yīng)電勢(shì)為e=4.44f N=0.133V（有效值）引線 ( 銅，室溫時(shí)的電導(dǎo)率為5.8 ×107 西/ 米) 的橫截面積為325mm2,長(zhǎng)度 L=2970mm,則在 75時(shí)，引線電阻（從靠接點(diǎn)到頂端）為 Ryx=1.93×10- 4由引線電流引起的電阻電壓( 有效值，以下簡(jiǎn)稱引線電壓)uyx=1.93x10- 4×715=0.138V通過(guò)以上計(jì)算可以看出，無(wú)論是感應(yīng)電勢(shì)還是引線電壓都是非常小的。套管內(nèi)黃銅管（室溫時(shí)的電導(dǎo)率為 1.5 ×107 西/ 米）橫截面積為643mm2,在 75時(shí)，其電阻（從靠接

3、點(diǎn)到頂端，以下簡(jiǎn)稱銅管電阻）為 Rtg=3.77 ×10- 4當(dāng)不計(jì)靠接點(diǎn)處的接觸電阻時(shí)，閉合回路的電阻值為銅管電阻與引線電阻之和，等于Rhl=5.7 ×10- 4?？梢?jiàn)不計(jì)回路接觸電阻時(shí)閉合回路電阻是很小的。暫時(shí)不考慮接觸電阻。計(jì)算分流電流。銅管電阻與引線電阻并聯(lián)，可以計(jì)算出銅管中所流過(guò)的電流為242A，引線所流過(guò)的電流為473A；在感應(yīng)電勢(shì)作用下，閉合回路產(chǎn)生的環(huán)流等于233A。應(yīng)當(dāng)指出，銅管上流過(guò)的分流電流與在感應(yīng)電勢(shì)產(chǎn)生的環(huán)流相位是不同的，兩者互差 900。因此銅管上流過(guò)的最大電流值為 ITGMAX實(shí)際上，靠接點(diǎn)處存在接觸電阻，其值受多種因素的影響。接觸電阻的主要表

4、現(xiàn)是接觸處出現(xiàn)局部高溫。根據(jù)接觸電阻理論，當(dāng)兩金屬表面互相接觸時(shí)，只有少數(shù)凸出的點(diǎn) （小面）發(fā)生了真正的接觸，其中僅僅是一小部分金屬接觸或準(zhǔn)金屬接觸的斑點(diǎn)才能導(dǎo)電。當(dāng)電流流過(guò)這些很小的導(dǎo)電斑點(diǎn)時(shí)電流線必然會(huì)發(fā)生收縮現(xiàn)象。由于電流線收縮，流過(guò)導(dǎo)電斑點(diǎn)附近的電流路徑增長(zhǎng)，有效導(dǎo)電截面減小，因而電阻值相應(yīng)增大。因電流線收縮形成的附加電阻成為收縮電阻，是構(gòu)成接觸電阻的一個(gè)分量。其次，由于金屬表面有膜的存在，如果實(shí)際接觸面之間的薄膜能導(dǎo)電，則當(dāng)電流通過(guò)薄膜時(shí)將會(huì)受到一定阻礙而有另一附加電阻稱為膜電阻，它是構(gòu)成接觸電阻的另一分量。總起來(lái)說(shuō)，接觸電阻一般應(yīng)包含三個(gè)部分：一個(gè)接觸元件一邊的收縮電阻、接觸面間的

5、膜電阻、另一接觸元件的收縮電阻。式中，接觸元件材料的電阻率 和膜的面電阻率 均為已知值，困難的是導(dǎo)電斑點(diǎn)個(gè)數(shù) n 和平均半徑 ap 無(wú)法確定。本例中引線與銅管的靠接情況是難以確定的。因此選擇F=0.5N、1.0N、5.0N 和接觸形式為點(diǎn)接觸、面接觸、線接觸三種形式分別計(jì)算接觸電阻，以期得到接觸電阻的大致范圍（見(jiàn)表 2）。一般情況情況引線與銅管應(yīng)為點(diǎn)或面接觸形式，其接觸電阻在毫歐級(jí)。在本例中，靠接點(diǎn)處接觸壓力、接觸面積、油膜、積碳等情況都是在變化的，因此，要準(zhǔn)確的計(jì)算出接觸電阻幾乎是不可能的。計(jì)及接觸電阻時(shí)的等效電路如圖 3，重新計(jì)算分流電流和環(huán)流。由引線電阻電壓引起的在銅管上的分流電流為 I

6、f=24.8A ，這時(shí)引線中的電流為 Iyx=690.2A ；由感應(yīng)電勢(shì)引起的環(huán)流電流為 I=23.9A（一旦銅管中流過(guò)電流，由于閉合回路磁場(chǎng)的變化，感應(yīng)電勢(shì)會(huì)有所變化，但不會(huì)太大，這里仍按照感應(yīng)電勢(shì)不變計(jì)算的） ，銅管上流過(guò)的最大電流為 Imax=33.4A。盡管當(dāng)計(jì)及接觸電阻時(shí)流過(guò)接觸點(diǎn)的電流迅速下降，但接觸點(diǎn)在分流電流與環(huán)流作用下，仍由可能產(chǎn)生熔焊現(xiàn)象。一種是由接觸電阻發(fā)熱使導(dǎo)電斑點(diǎn)及其附近的金屬熔化而焊接，稱為靜熔焊；另一種是因?yàn)榻佑|點(diǎn)振動(dòng)或接觸點(diǎn)被電動(dòng)斥力 （當(dāng)電流通過(guò)接觸點(diǎn)，由于電流線在接觸面附近發(fā)生收縮，會(huì)在接觸面間出現(xiàn)電動(dòng)斥力） 斥開(kāi)產(chǎn)生電弧，電弧的高溫使接觸點(diǎn)表面熔化和氣化而

7、導(dǎo)致接觸點(diǎn)焊接，稱為動(dòng)熔焊。理論上講當(dāng)引線與銅管靠接時(shí)這兩種情況都有可能發(fā)生。但是，實(shí)際上電動(dòng)斥力是很小的，靠接點(diǎn)不太可能被電動(dòng)力斥開(kāi)而產(chǎn)生電弧，即使接觸點(diǎn)被電動(dòng)力斥開(kāi)，由于閉合回路的電勢(shì) （電壓）很小，也不可能提供足夠的能量產(chǎn)生高能放電。因此，靠接點(diǎn)溫度的升高主要是接觸電阻發(fā)熱所致。由此可以解釋色譜試驗(yàn)數(shù)據(jù)表征的是過(guò)熱性故障，而不是放電性故障。在可燃性氣體組分中乙炔所占的比例很小 （由于高溫過(guò)熱產(chǎn)生） ，在有些實(shí)例中甚至沒(méi)有乙炔出現(xiàn)。當(dāng)熱量傳遞到引線絕緣時(shí)有可能引起 CO與 CO2增長(zhǎng)，但往往不是很明顯。由于引線往往是某一股中的某一根 （或某幾根） 與銅管接觸，該根銅線的電流密度很大（本例中約 100A/mm2）, 加之接觸電阻發(fā)熱，很容易就會(huì)將接觸的該根銅引線燒斷。然后其他根銅引線與銅管內(nèi)壁接觸。依次