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）對于過熱機理，已有些分析，但并不完整。本文利用上述實例進行定量計算與理論分析，力求更加詳細地揭示故障發(fā)展的過程。將引線假設為位于銅管中心的一條直線，流通電流 I （單相變壓器，中性點電流等于相電流，假設電流是均勻分布的） 。引線 A 點與銅管內(nèi)壁 B點靠接前， A 與 B點電位差 uab 應有兩部分組成。一是電流在引線上引起的電阻電壓 u；二是靠接點、銅管、引線、上端引線導電桿形成的閉合回路中由引線電流引起的交變磁通產(chǎn)生的感應電勢 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，對于正弦波閉合回路感應電勢為e=4.44f N=0.133V（有效值）引線 ( 銅，室溫時的電導率為5.8 ×107 西/ 米) 的橫截面積為325mm2,長度 L=2970mm,則在 75時，引線電阻（從靠接點到頂端）為 Ryx=1.93×10- 4由引線電流引起的電阻電壓( 有效值，以下簡稱引線電壓)uyx=1.93x10- 4×715=0.138V通過以上計算可以看出，無論是感應電勢還是引線電壓都是非常小的。套管內(nèi)黃銅管（室溫時的電導率為 1.5 ×107 西/ 米）橫截面積為643mm2,在 75時，其電阻（從靠接

3、點到頂端，以下簡稱銅管電阻）為 Rtg=3.77 ×10- 4當不計靠接點處的接觸電阻時，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?？梢姴挥嫽芈方佑|電阻時閉合回路電阻是很小的。暫時不考慮接觸電阻。計算分流電流。銅管電阻與引線電阻并聯(lián)，可以計算出銅管中所流過的電流為242A，引線所流過的電流為473A；在感應電勢作用下，閉合回路產(chǎn)生的環(huán)流等于233A。應當指出，銅管上流過的分流電流與在感應電勢產(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實際上，靠接點處存在接觸電阻，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，當兩金屬表面互相接觸時，只有少數(shù)凸出的點 （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金屬接觸的斑點才能導電。當電流流過這些很小的導電斑點時電流線必然會發(fā)生收縮現(xiàn)象。由于電流線收縮，流過導電斑點附近的電流路徑增長，有效導電截面減小，因而電阻值相應增大。因電流線收縮形成的附加電阻成為收縮電阻，是構(gòu)成接觸電阻的一個分量。其次，由于金屬表面有膜的存在，如果實際接觸面之間的薄膜能導電，則當電流通過薄膜時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。總起來說，接觸電阻一般應包含三個部分：一個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，困難的是導電斑點個數(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 和接觸形式為點接觸、面接觸、線接觸三種形式分別計算接觸電阻，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為點或面接觸形式，其接觸電阻在毫歐級。在本例中，靠接點處接觸壓力、接觸面積、油膜、積碳等情況都是在變化的，因此，要準確的計算出接觸電阻幾乎是不可能的。計及接觸電阻時的等效電路如圖 3，重新計算分流電流和環(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 ，這時引線中的電流為 Iyx=690.2A ；由感應電勢引起的環(huán)流電流為 I=23.9A（一旦銅管中流過電流，由于閉合回路磁場的變化，感應電勢會有所變化，但不會太大，這里仍按照感應電勢不變計算的） ，銅管上流過的最大電流為 Imax=33.4A。盡管當計及接觸電阻時流過接觸點的電流迅速下降，但接觸點在分流電流與環(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)熱使導電斑點及其附近的金屬熔化而焊接，稱為靜熔焊；另一種是因為接觸點振動或接觸點被電動斥力 （當電流通過接觸點，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表面熔化和氣化而

7、導致接觸點焊接，稱為動熔焊。理論上講當引線與銅管靠接時這兩種情況都有可能發(fā)生。但是，實際上電動斥力是很小的，靠接點不太可能被電動力斥開而產(chǎn)生電弧，即使接觸點被電動力斥開，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） ，在有些實例中甚至沒有乙炔出現(xiàn)。當熱量傳遞到引線絕緣時有可能引起 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