1 前言
电力变压器过热性故障是较常见的。铁心多点接地、分接开关动静触头接触不良、绕组因绝缘膨胀堵塞油道等可以造成过热性故障，引起油色谱试验数据异常。这里介绍一例由引线原因引起的过热性故障，并通过理论分析与计算，对其机理进行较详细分析。
2 一则实例
辽宁某水电站主变B相（单相变压器，型号：DFP8-100000/220，额定电压：242/√3±2×2.5%/13.8kV）在2003年5月春检中发现绝缘油色谱试验数据异常（表1）。总烃含量超过注意值且增长速率很快。在可燃性气体组分中，甲烷 130.56μL/L，乙烯332.53μL/L，是主要组分。乙炔含量为1.19μL/L。根据三比值法分析，变压器内部存在超过700℃过热性故障。
2003年6月18日该变压器进行吊罩检查。发现中性点引线对应于套管尾端绝缘白布带已经破损，引线断股3处（每股27根），断股处积有碳黑。很显然，过热是造成断股的直接原因（图1）。在中性点套管铜管底部亦对应存在着过热痕迹。
表1 色谱试验数据（2003年） μL/L

图1 引线烧损情况

3 定量计算与机理分析
这种引线分流过热性故障并不少见，特别是早期66kV套管内穿缆引线发生此类故障的较多。这是因为，引线电缆外表半叠包的白布带，经过制作中工序的传递和引线装配，多数已不紧密和不完整。某些制造厂，甚至完全不要这一层白布带。引线大多不是直顺套管方向进入导管，一旦引线裸露部分与导管内壁靠接，造成分流，产生热故障。
　对于过热机理，已有些分析，但并不完整。本文利用上述实例进行定量计算与理论分析，力求更加详细地揭示故障发展的过程。
　　将引线假设为位于铜管中心的一条直线，流通电流I（单相变压器，中性点电流等于相电流，假设电流是均匀分布的）。引线A点与铜管内壁B点靠接前，A与B点电位差uab应有两部分组成。一是电流在引线上引起的电阻电压u；二是靠接点、铜管、引线、上端引线导电杆形成的闭合回路中由引线电流引起的交变磁通产生的感应电势e。
　　当电流参考方向确定时，则磁场方向如图2所示。对于有限长载流导线，所引起的磁感应强度为
　　
　　为简化计，将导线看作无限长情况，则离它R远处磁感应强度为
　　
　　闭合回路所包围的磁通为
　　
图2 磁场分布示意图

　　将L=2970mm,RA=10.2mm,RB=27.5mm,及I=1011A（幅值）代入公式，可得到磁通幅值φ=5.98×10-4 Wb，对于正弦波闭合回路感应电势为
　　e=4.44fφN=0.133V（有效值）
　　引线(铜，室温时的电导率为5.8×107西/米)的横截面积为325mm2,长度L=2970mm,则在75℃时，引线电阻（从靠接点到顶端）为Ryx=1.93×10-4 Ω
　　由引线电流引起的电阻电压(有效值，以下简称引线电压)
　　　　　uyx=1.93x10-4×715=0.138V
　　通过以上计算可以看出，无论是感应电势还是引线电压都是非常小的。
　　套管内黄铜管（室温时的电导率为1.5×107西/米）横截面积为643 mm2,在75℃时，其电阻（从靠接点到顶端，以下简称铜管电阻）为Rtg=3.77×10-4 Ω
　　当不计靠接点处的接触电阻时，闭合回路的电阻值为铜管电阻与引线电阻之和，等于Rhl=5.7×10-4 Ω。可见不计回路接触电阻时闭合回路电阻是很小的。
　　暂时不考虑接触电阻。计算分流电流。铜管电阻与引线电阻并联，可以计算出铜管中所流过的电流为242A，引线所流过的电流为473A；在感应电势作用下，闭合回路产生的环流等于233A。应当指出，铜管上流过的分流电流与在感应电势产生的环流相位是不同的，两者互差900。因此铜管上流过的最大电流值为ITGMAX
　　　
　　实际上，靠接点处存在接触电阻，其值受多种因素的影响。接触电阻的主要表现是接触处出现局部高温。根据接触电阻理论，当两金属表面互相接触时，只有少数凸出的点（小面）发生了真正的接触，其中仅仅是一小部分金属接触或准金属接触的斑点才能导电。当电流流过这些很小的导电斑点时电流线必然会发生收缩现象。由于电流线收缩，流过导电斑点附近的电流路径增长，有效导电截面减小，因而电阻值相应增大。因电流线收缩形成的附加电阻成为收缩电阻，是构成接触电阻的一个分量。其次，由于金属表面有膜的存在，如果实际接触面之间的薄膜能导电，则当电流通过薄膜时将会受到一定阻碍而有另一附加电阻称为膜电阻，它是构成接触电阻的另一分量。总起来说，接触电阻一般应包含三个部分：一个接触元件一边的收缩电阻、接触面间的膜电阻、另一接触元件的收缩电阻。接触电阻的理论公式为

　　式中，接触元件材料的电阻率ρ和膜的面电阻率σ均为已知值，困难的是导电斑点个数n和平均半径ap 无法确定。工程中常用的计算接触电阻的经验公式为
　
　　式中K值由实验确定，F为接触力，m与接触面变形的情况有关。对于点接触=0.5；对于面接触m=1；对于线接触m≈0.7。本例中引线与铜管的靠接情况是难以确定的。因此选择F=0.5N、1.0N、5.0N和接触形式为点接触、面接触、线接触三种形式分别计算接触电阻，以期得到接触电阻的大致范围（见表2）。一般情况情况引线与铜管应为点或面接触形式，其接触电阻在毫欧级。在本例中，靠接点处接触压力、接触面积、油膜、积碳等情况都是在变化的，因此，要准确的计算出接触电阻几乎是不可能的。为便于计算，本例取接触电阻0.5mΩ。
表2 接触电阻计算值（×10-4Ω）

　　计及接触电阻时的等效电路如图3，重新计算分流电流和环流。由引线电阻电压引起的在铜管上的分流电流为If=24.8A，这时引线中的电流为Iyx=690.2A；由感应电势引起的环流电流为I=23.9A（一旦铜管中流过电流，由于闭合回路磁场的变化，感应电势会有所变化，但不会太大，这里仍按照感应电势不变计算的），铜管上流过的最大电流为Imax=33.4A。

上一篇：电厂循环水泵防腐技术

下一篇：智能楼宇的电气保护与接地