了解變壓器繞組的結(jié)構(gòu)特點是分析其繞組變形機理的前提。研究繞組變形的機理通常還必須了解變壓器的運行規(guī)律。
變壓器繞組在通電過程中會產(chǎn)生漏磁場,磁場分布狀況決定著其漏電抗的數(shù)值大小。一般運行穩(wěn)定的變壓器磁勢平衡方程為:
N1I1+N2I2=N1Im
電力變壓器的磁場分布情況是這樣的:按照構(gòu)成變壓器磁路性質(zhì)和分布情況的不同,變壓器的磁通通常分成主磁通和漏磁通這兩部分。主磁通足通過鐵心、與原邊和副邊繞組都相交鏈的磁通;漏磁通只與原副邊繞組中的一個繞組交鏈,并且要與空氣或變壓器油構(gòu)成閉合回路。由于變壓器漏磁通的磁阻比較大而磁導率小,所以漏磁通要比主磁通要少得多。而從變壓器等效電路圖上來看,在變壓器在一側(cè)短路時,由于勵磁電抗數(shù)值較大,短路電抗的大小與變壓器原副邊繞組的漏電抗大小大致相等,所以下面將要討論的是漏電抗與繞組變形的關(guān)系。
故障中產(chǎn)生的短路電流引起的電磁力正比于短路電流大小的平方,所以電磁力比一般情況下受到的電磁力要大得多。因此繞組要承受強大的電動力,為限制電磁力,通常大型變壓器短路阻抗值較大,并且結(jié)構(gòu)上能承受強大電磁力。變壓器繞組磁場分布圖如圖所示,圖中將變壓器漏磁場分解為軸向分量Bd和徑向分量Bq這兩個分量,按照左手定則可以分析出繞組中各段受力方向:從徑向上看,外層線圈受到張力作用向外拉伸,內(nèi)層受到壓力向內(nèi)緊縮;;從軸向上看,電動力從繞組兩端向線圈中間擠壓。“擠壓”線圈時靠近鐵軛的那一部分最易遭受破壞,結(jié)構(gòu)上需要機械支撐。“張力”對線圈的危害更大,因此不用矩形線圈,而采用圓形線圈,圓形線圈的機械性能更好,不容易遭受變形。
變壓器繞組磁場分布
對于繞組軸向上的變形,是徑向漏磁分量產(chǎn)生的,軸向上力的作用使得內(nèi)外繞組從兩端向中間壓縮。這之中,繞組兩端和中間之間受到的短路力最大,相比下更容易產(chǎn)生變形。此外,由于徑向分量的原因,會使得高低壓繞組沿著相反的方向扭轉(zhuǎn)變形。