基于改进变压器结构提高抗短路能力的优化设计

摘要

电力变压器是电力系统中最关键的设备之一，它承担着电压变换、分配和传输电能，并提供电力服务的重要使命。变压器作为电力系统中主配网联络的一个重要组件，其正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行的重要保证。特别是在大规模超高压、远距离输电快速发展的今天，电力变压器的安全可靠运行起着举足轻重的作用，一旦其发生故障造成系统失稳、大面积停电事故，带来的经济损失和社会影响将是无法估计的。通过历年对全国电力变压器运行情况及事故的统计分析，发现电力变压器设备损坏事故呈逐年增多的趋势，尤其是因变压器外部短路引起的设备损坏居多，在上个世纪末就达到了事故总数的50％以上，因此扼制此类事故的上升势头，已成为提高电力变压器安全运行水平的关键。
　　电力变压器突发短路时，其绕组可能通过的数十倍额定值的短路电流所产生的大量热量会使变压器严重发热，当其承受短路电流的能力不够，热稳定性差，会使变压器绝缘材料严重受损，而形成变压器击穿及损毁事故。同时变压器受到较大短路电流冲击时，如果继电保护延时动作甚至拒动，短路瞬间产生的强大电动力将会造成变压器绕组失去稳定性，导致局部扭曲、鼓包或移位等永久变形现象，严重时将直接造成突发性损坏事故。因此研究探索一种提高电力变压器抗短路能力的方法将是避免电力变压器遭受短路故障损坏的有效措施。
　　本文基于电力变压器短路故障机理的分析，针对电力变压器不同短路故障形式，分析了其损坏的主要原因及特征，研究提出优化电力变压器的结构设计，以合理的工程计算方法分析变压器的短路动态特性，并在制造工艺上对绕组、引线等装配工艺进行优化，改进相关参数，以提高电力变压器抗短路能力性能，并通过其抗短路能力计算验证了该方法的有效性。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要工作

第2章 变压器短路故障的分析与计算

2.1 电磁场基本理论

2.1.1 麦克斯韦方程

2.1.2 微分方程的一般形式

2.2 变压器短路过程的分析与计算

2.2.1 稳态短路电流计算

2.2.2 暂态短路电流计算

2.3 变压器短路电动力的分析与计算

2.3.1 辐向力分析计算

2.3.2 轴向力分析计算

2.4 变压器动态短路力的分析

2.4.1 动态短路力的频率分析

2.4.2 绕组的固有振动频率分析

第3章 变压器绕组失稳分析计算

3.1 变压器绕组的损坏形式

3.2 变压器绕组辐向失稳分析计算

3.2.1 变压器绕组辐向失稳判定计算

3.2.2 变压器绕组辐向失稳影响因素

3.3 变压器绕组轴向失稳分析计算

3.3.1 变压器绕组轴向失稳临界力计算

3.3.2 变压器绕组轴向失稳影响因素

3.4 提高变压器抗短路能力的措施

第4章 变压器抗短路能力算例分析

4.1 变压器抗短路能力计算分析

4.2 采用的优化措施

4.3 优化后的效果

第5章 总结与展望

致谢

参考文献