由引線引起的電力變壓器過熱性故障分析二

1、由引線引起的電力變壓器過熱性故障分析（二） 對于過熱機(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 e。將 L=2970mm,RA=10.2mm,RB=27.5rmfo,l=1011A （幅值）代入公式，可得到磁通幅值 =

2、5.98 x 10-4Wb,對于正弦波閉合回路感應(yīng)電 勢為e=4.44f N=0.133V （有效值）引線（銅，室溫時(shí)的電導(dǎo)率為 5.8x 107 西/米）的橫截面積為 325mm2長度L=2970mm!則在75C時(shí)，引線電阻（從靠接點(diǎn)到頂端） 為 Ryx=1.93 x 10-4 Q由引線電流引起的電阻電壓（有效值，以下簡稱引線電壓）uyx=1.93x10- 4x 715=0.138V通過以上計(jì)算可以看出，無論是感應(yīng)電勢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 X 107西/米）橫截面積為643mm2在75C時(shí)，其電阻（從靠接點(diǎn)到頂端，以下簡稱銅管電阻）為 Rtg=3.

3、77 X 10-4Q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 X 10-4Q。可見不計(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)算出銅管中所流過的電流為 242A,弓I線所流過的電流為 473A;在感應(yīng)電勢作用下，閉合回路產(chǎn)生的環(huán)流等于 233A。應(yīng)當(dāng)指 出，銅管上流過的分流電流與在感應(yīng)電勢產(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 觸電阻的主要表現(xiàn)是接觸處出現(xiàn)局部高溫。根據(jù)接觸電阻理論，

4、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)電流流過這些很小的導(dǎo)電斑點(diǎn)時(shí)電流線必然會發(fā)生收縮現(xiàn)象。由 于電流線收縮，流過導(dǎo)電斑點(diǎn)附近的電流路徑增長，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)電流通過薄膜時(shí)將 會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?？偲饋碚f，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、接觸面間的膜電阻、另一接觸元件的

5、收縮電 阻。式中，接觸元件材料的電阻率 P和膜的面電阻率（T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。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 If=24.8A ，

6、這時(shí)引線 中的電流為lyx=690.2A ;由感應(yīng)電勢引起的環(huán)流電流為l=23.9A （一 旦銅管中流過電流，由于閉合回路磁場的變化，感應(yīng)電勢會有所變 化，但不會太大，這里仍按照感應(yīng)電勢不變計(jì)算的） ，銅管上流過的 最大電流為 lmax=33.4A。盡管當(dāng)計(jì)及接觸電阻時(shí)流過接觸點(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)振動或接觸點(diǎn)被電動斥力 （當(dāng)電流通過接觸點(diǎn)，由 于電流線在接觸面附近發(fā)生收縮，會在接觸面間出現(xiàn)電動斥力） 斥開 產(chǎn)生電弧，電弧的高溫使接觸點(diǎn)表面熔化和氣化而導(dǎo)

7、致接觸點(diǎn)焊接， 稱為動熔焊。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)際上電動斥力是很小的，靠接點(diǎn)不太可能被電動力斥 開而產(chǎn)生電弧，即使接觸點(diǎn)被電動力斥開，由于閉合回路的電勢 （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 （由于高溫過熱產(chǎn)生） ，在有些實(shí)例中甚至沒有乙炔 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，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。依次循環(huán)，弓