3变压器绕组轴向稳定性的主要研究成果

　　3.1影响变压器绕组轴向稳定性的主要因素

　　(1)绝缘材料（垫块）物理特性绕组垫块作为弹性体，对绕组的轴向振动特性有直接的影响，影响计算结果的真实性。通过模型试验可知［5］，在浸油状态下，垫块的应力应变关系是高度非线性的，经过物理模型分析和试验验证［7］,可将应力应变关系归结为一多项式形式，从而在绕组轴向动态特性计算中，可以比较准确地反映绝缘垫块的影响。

　　(2)绕组轴向预紧力文［11］的计算结果表明，当绕组电动力过第一个峰值后，由于反弹而使部分垫块处于自由状态，垫块不再受压力。此时，垫块若发生位置移动，就容易导致绕组倒塌。尽管文献［2］指出，该情况并不一定造成绕组轴向失稳，但此时导线与垫块间的压力时而为零，时而很大，垫块与匝绝缘的强烈碰撞容易造成匝绝缘损坏。这种情况是不允许发生的。文［4］的研究结果表明，绕组轴向预紧力增加，绕组的固有频率也增大，基本上与预紧力的平方根成正比。另外，轴向预紧力增加容易导致绕组线饼的倾斜失稳［12］。

　　(3)绕组的固有频率绕组的固有频率不但与绝缘垫块的弹性模数有关，而且与绕组的预紧力有关。预紧力的增加能增加绕组的固有频率。在大型变压器中应避免绕组的机械固有频率接近短路电动力频率，防止谐振现象发生［11］。

　　(4)绕组的安匝不平衡实际的变压器绕组由于制造过程中高度的差异或运行过程中绝缘垫块的老化，造成绕组轴向收缩以及使得调压线圈占据空间的绕组。安匝不平衡，在受短路力作用时会产生轴向位移，促使高低压绕组间高度差逐步扩大，导致绕组安匝不平衡加剧。这样漏磁造成的绕组轴向力一次比一次大，绕组不对称度增加，已呈松弛状态的绕组在电动力作用下向上加速运动，撞击夹件，在轴向力的作用下层压板可能会弯曲剪断［13］。

　　3.2提高绕组轴向稳定性的相应方法

　　理论和实践经验都已证明了绕组变形的积累效应［1］，由于上述各种因素的影响,这种积累达到一定程度时就有可能导致绕组轴向失稳。为了确保变压器的安全正常运行，国内外一些电力公司和制造厂商都采取了相应的预防和控制措施。

　　(1)对绝缘垫块进行密化处理绝缘垫块要选用优质高密度纸板，并经密化处理。绕组采用恒压干燥工艺，使绕组在动态过程中具有相对稳定的几何形状和机械特性。文［14］介绍了魏德曼公司对垫块预密化处理的经验。这是大型变压器防止绕组轴向松动的主要方法。

　　(2)选择合适的轴向预紧力绕组的轴向预紧力对整个动态振动影响非常明显，当绕组安匝平衡时，利用几种数值方法对绕组分析解其单自由度方程，结果表明［4］,当预紧力变化时系统相应可能出现多次谐振。增加预紧力可能使绕组动态响应增大，也可能使其减小，这与绕组固有频率接近还是远离强迫振动频率有关。

　　(3)改进压板性能目前变压器绕组压板大多采用层压木板，属脆性材料，在绕组轴向力作用下层压木板可能会被弯曲剪断。设计时应留有一定的安全系数。也有在层压木板上加薄钢压板的，这种结构既增加了端部绝缘距离，又保证了机械强度。

　　(4)绕组故障检测当前，测试绕组变形的主要方法有［15］：测电抗法、低压脉冲法（LVI）和频响法（FRA）。由于LVI和FRA法均是波形变化的比较，已积累了一些经验，可快速检查出短路电抗变化0.2%～0.3%的变压器，灵敏度较高，但还有待进一步积累经验。

　　4变压器绕组轴向稳定性领域存在的问题与研究方向

　　由于变压器绕组轴向稳定性受以上所述因素的影响，且各种因素又相互制约，而人们对绕组轴向稳定性机理的认识还存在一定的局限性；另一方面，以往的研究工作大多都建立在理想变压器模型上,试验手段和测试方法还是针对模型变压器,这些成果还难以应用到实际变压器产品的开发设计上去。这些都使得对该问题的研究变得困难重重。关于该研究的困难主要表现在：

　　(1)如何选择合适的计算模型,使其能更准确地描述变压器的实际结构和短路时绕组的整个振动过程,尤其是在绕组的稳定性计算中要考虑到绕组的初始缺陷。

　　(2)对变压器绕组这种多介质复杂体系,介质材料力学参数对绕组结构整个机械性能有很大影响,特别是绝缘件,其力学参数受材料本身成份、加工工艺、变压器干燥处理过程等因素的影响较大,具有很大的分散性，而且在变压器运行过程中可能还会发生变化,这些都会给问题的解决带来困难。

　　早期的研究工作侧重于机理和影响因素的研究,即在试验模型变压器上进行分析。近些年来,则从运行维护的需要分析故障变压器实例,应用理论计算和实例相结合的办法找出故障的原因,积极设法诊断出故障,提出可行的技术措施,力求减轻故障的危害程度,开展变压器短路强度试验和故障诊断工作,包括对绕组结构材料参数测试、轴向压紧情况探测、绕组变形测试等工作，是当前的研究重点和趋势。