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【摘要】调压器的损坏有其客观的内外因素。本文对调压器短路电流及集中破坏形式进行了分析，并在调压器结构与参数的选择、配套设备的改进、运行管理与设备操作等方面提出了自己的观点。
【关键词】自闭贯通 调压器 损坏 短路 电流
中图分类号：TM423文献标识码： A
SZ9型10/10kv调压器是铁路自闭（贯通）配电所内的一个关键设备，它的运行状态直接决定着铁路信号供电的可靠性，关系到铁路运输秩序的正常与否。对近年来运行调压器时候损坏的问题，无论从其重要使命还是从不菲的造价来讲，都有必要予以研究解决。
一、运行调压器损坏的内因与外因
损坏的调压器吊芯检查及测试的结果，可以归纳为三种基本况。
第一种：线圈扭曲变形，出现位移，绕组外围绝缘层崩裂，端圈绝缘及绕组绝缘两端挡板变形破裂；绕组绝缘电阻至少一相为零，绝缘油额色无变化。这是典型的严重短路巨大电磁力破坏的结果。
第二种：绕组外观无明显破坏，无铜镏产生，绝缘油色亦无明显变化，绕组绝缘阻值为零。这是典型的短路电流短时过热破坏的结果。
第三种：这种现象介入第一和第二种之间，它是短路电流产生的大电磁力与短时过热复合破坏的结果。
由于套组外层的散热条件要大大的优于其内部，所以绕组内部的绝缘破坏情况要比外层严重。
10/10kv三相调压器在国内还未有统一的制造标准，许多制造厂家在其设计制造时往往简单从事。这些损坏的调压器绕组及绝缘大都采用以下工艺结构：圆筒式绕组，圆形导线，线圈外围纸布绝缘，纸柏端圈两头为浸漆纸挡板。这种结构的机械强度是很差的，在负载短路产生大电磁力时，容易遭到破坏。此外，他们的阻抗电压大都小雨4%。阻抗电压越小，短路电流越大，破坏就越严重（后面有分析计算）。这是它们损坏的内部原因。
这些调压器的损坏都与线路短路及操作有关。短路跳闸候，或故障近端配电所多次试送，或一段配电所短时间内连续试送，加强了短路电流对调压器的冲击（也有特近端发生的短路其短路电流一次性冲击将调压器破坏的情况）。这是它们损坏的外因。
二、理论分析
1 .短路电流及破坏
（1）短路电流
从短路开始到断路器跳闸最少也需要数个周波的时间，为了解圈短路过程对调压器的影响，应研究这段时间的电路状况。
假设三相短路发生在调压器二次端头，系统容量无限大。由于三相对称，可任取一相进行计算。调压器短路似的等值电路如图一所示。
图一调压器短路时的等值电路
运行调压器二次突然短路时，它将由正常工作状态经过过渡过程进入短路的稳定状态。假设短路发生时（t=0），u1=0,负载电流为i0。由于短路时电路阻抗突然减少，电路中出现短路电流的周期分量iz。因为电路x》r，所以iz滞后u190°。此时，iz（0）=Idm=Id（Idm、Id分别为iz的幅值与有效值；短路发生后，Idm和Id为恒定值。）根据楞次定律，电路中将产生一个与iz（0）反方向的电流非周期分量if使短路瞬间电流不致突变。由于电路中电阻的存在，if按指数规律衰减，t=0时，if（0）=i0－Idm。
图二 无限大系统调压器二次三相短路的电流曲线（t=0，u1=0时）
任何瞬间的短路全电流id=iz+if。曲线如图二所示。短路开始半周时，短路的瞬时值最大，即短路冲击电流icf=iz(0.01)+if(0.01)≈kcfId
全电流的最大有效值Icf=≈
对160kw—400kw调压器取kcf=1.3，有icf=1.84Id，Icf=1.09Id
∵Idm=Id ∴icf=1.3Idm为周期分量幅值的1.3倍，即在短路开始半周时（t=0,01秒），短路电流合成值最大。
因为调压器电抗Xb=﹝10Ud(%)Up2﹞/Se﹝Ud(%)—调压器短路电压，Up—短路点所在级平均额定电压﹞，额定电流Ie=Se/(Ue)；
又因为Up=Ue ，
所以其对称三相短路电流：
Id=Up/(Xb)=Se/﹝Up10Ud(%)﹞=Ie/﹝10Ud(%)﹞
取Ud%=4(%)，则Id=Ie/(10×4×10-3)=25Ie
Icf=1.84Id=32.5IemIcf=1.09Id=27.3Ie
即短路冲击电流为调压器额定电流幅值的32.5倍，短路全电流的最大有效值为调压器额定电流的27.3倍。这种时刻发生的短路对调压器最为不利。
图三无限大系统调压器二次三相短路的电流曲线（t=0，u1=Um时）
假设短路发生时（t=0），u1=Um，此时的短路不会发生过渡过程而直接进入稳定状态，短路电流只有周期分量。曲线如图三。T/4后，即t=0.005秒 u1=0时，短路电流为周期分量的幅值，即iz(0.005)=Idm=Id。
∵Id=25Ie取Ud%=4(%) ∴iz(0.005)=×25Ie=25Iem
即短路电流的幅值与有效值分别额为调压器额定电流幅值与有效值的25倍。这种时刻发生的短路对调压器不利最小。
其他时刻发生的短路，它们的短路电流值介于以上两种短路情况的对应短路电流值之间。
（2）电磁力破坏
调压器线圈导体L流过电流i时，如一元线段dL所处的磁感应强度为B，dL与B的夹角为β，则dL上所受的电磁力dF=iBsinβdL。负载短路线圈电流增大时，由于漏磁通增大，线圈所处的磁感应强度也会增大，由上式克制，线圈导体所受的电磁力比短路电流增大得更快。
如锦缎短路多次试送，调压器绕组在巨大的电磁力反复冲击下容易震动变形，使绝缘损坏。
（3）电热破坏
每相绕组流过短路电流在t秒内产生的热量为。为计算方便，可用稳态电流进行计算。因为短路稳态电流I∞=Id，所以（r—调压器每项绕组的等值电阻，r=r1+r’2。r’2—付边则算电阻。当调压器的配套设备采用几点保护装置与真空断路器时：速断保护区tj=0.1~0.15秒+整定时间）。
由上式可知，线圈产生的热量与短路电流有效值（周期分量）的平方即短路电流流过线圈的时间成正比，所以巨大的短路电流会使调压器的套组温度迅速上升，特别在短时间内连续多次尝试送电视，这种温升会剧烈地加强，由此 产生的高温时套组绝缘破坏。
2 .感应过电压及破坏
有调压器运行前的空载冲击试验参数可知，空载拉闸调压器的过电压值达4—4.5倍相电压。当调压器二次短路时，由于调压器一次端电压不变（无限大系统），所以其主磁通与空载时的主磁通相比没发生变化。由e=|-N(dΦ/dt)|可知，短路使调压柜器跳闸时，调压器产生的感应电势值也约为4—4.5倍相电压。这个值平时不会造成调压器绝缘损坏，但在套组遭短路电流产生的电磁力冲击出现移位后，其绝缘距离发生变化绝缘值下降时，或短路电流产生的过热使局部绝缘降低时，就会击穿绝缘。油漆时短时间内多次送店跳闸时，这种破坏就会雪上加霜。
三、调压器绕组结构的改进及参数的选择
与供货厂家交涉，要求改进以往的绕组结构、工艺及有关参数。以后新投入运行的调压器应一律要求：采用机械强度较大的扁线连续式套组，采用双层圆筒式套组结构式，必须加保护围屏，端圈及两头绝缘挡板采用树酯材料，同时将阻抗电压上调一定幅度，至少到4.5%。
四、配套设备的安装于改进
1. 在调压器二次侧假装限流电抗器，降低短路电流。
2. 采用重合闸及备自投后加速保护，减少短路电流对调压器的冲击时间。
3. 改进调压器过流保护装置，提高其灵敏度。
4. 条件允许时，采用微机控制保护代替继电器保护，提高其速动性与准确性。
五、加强运行管理、积极预防短路故障
1. 加强自闭（贯通）外线巡视检查与缺陷整改。
2. 改善调压器的散热条件，加强对调压器的巡视。
3. 有必要增加调压器预防性试验项目。
（1）测量空载电流及空载损耗。
（2）操作波试验。
（3）局部放电的探测。
（4）绝缘油漆相色谱分析和微水含量测试。
六、科学分析，正确操作
1.故障试送与故障倒闸前，调度应详实了解情况，科学分析故障。
2.自闭（贯通）双回路线路故障倒闸试送，按以下办法进行（单回路有故障自动分断装置不需反复试送）。
（1）如出现一端自闭（贯通）柜过流跳，则这一端试送（由远到近）；两端过流跳时，应尽量有连段配电室交替试送。
（2）如出现自闭（贯通）柜速断跳，则应由邻所试送，在线路故障排除前，禁止试送本所相关的自闭（贯通）柜。
（3）如故障引发调压器柜或电源柜跳，则应由本所试送，在本所调压器检查（外观与绝缘）前，禁止送本所调压柜；线路故障排除前，禁止試送本所相关的自闭（贯通）柜。
（4）试送间隔不能小于10分钟，连续试送一般不超过3次。
参考文献
陈云发，《变电运行培训教材》，水利电力出版社，1985年，北京
【关键词】自闭贯通 调压器 损坏 短路 电流
中图分类号：TM423文献标识码： A
SZ9型10/10kv调压器是铁路自闭（贯通）配电所内的一个关键设备，它的运行状态直接决定着铁路信号供电的可靠性，关系到铁路运输秩序的正常与否。对近年来运行调压器时候损坏的问题，无论从其重要使命还是从不菲的造价来讲，都有必要予以研究解决。
一、运行调压器损坏的内因与外因
损坏的调压器吊芯检查及测试的结果，可以归纳为三种基本况。
第一种：线圈扭曲变形，出现位移，绕组外围绝缘层崩裂，端圈绝缘及绕组绝缘两端挡板变形破裂；绕组绝缘电阻至少一相为零，绝缘油额色无变化。这是典型的严重短路巨大电磁力破坏的结果。
第二种：绕组外观无明显破坏，无铜镏产生，绝缘油色亦无明显变化，绕组绝缘阻值为零。这是典型的短路电流短时过热破坏的结果。
第三种：这种现象介入第一和第二种之间，它是短路电流产生的大电磁力与短时过热复合破坏的结果。
由于套组外层的散热条件要大大的优于其内部，所以绕组内部的绝缘破坏情况要比外层严重。
10/10kv三相调压器在国内还未有统一的制造标准，许多制造厂家在其设计制造时往往简单从事。这些损坏的调压器绕组及绝缘大都采用以下工艺结构：圆筒式绕组，圆形导线，线圈外围纸布绝缘，纸柏端圈两头为浸漆纸挡板。这种结构的机械强度是很差的，在负载短路产生大电磁力时，容易遭到破坏。此外，他们的阻抗电压大都小雨4%。阻抗电压越小，短路电流越大，破坏就越严重（后面有分析计算）。这是它们损坏的内部原因。
这些调压器的损坏都与线路短路及操作有关。短路跳闸候，或故障近端配电所多次试送，或一段配电所短时间内连续试送，加强了短路电流对调压器的冲击（也有特近端发生的短路其短路电流一次性冲击将调压器破坏的情况）。这是它们损坏的外因。
二、理论分析
1 .短路电流及破坏
（1）短路电流
从短路开始到断路器跳闸最少也需要数个周波的时间，为了解圈短路过程对调压器的影响，应研究这段时间的电路状况。
假设三相短路发生在调压器二次端头，系统容量无限大。由于三相对称，可任取一相进行计算。调压器短路似的等值电路如图一所示。
图一调压器短路时的等值电路
运行调压器二次突然短路时，它将由正常工作状态经过过渡过程进入短路的稳定状态。假设短路发生时（t=0），u1=0,负载电流为i0。由于短路时电路阻抗突然减少，电路中出现短路电流的周期分量iz。因为电路x》r，所以iz滞后u190°。此时，iz（0）=Idm=Id（Idm、Id分别为iz的幅值与有效值；短路发生后，Idm和Id为恒定值。）根据楞次定律，电路中将产生一个与iz（0）反方向的电流非周期分量if使短路瞬间电流不致突变。由于电路中电阻的存在，if按指数规律衰减，t=0时，if（0）=i0－Idm。
图二 无限大系统调压器二次三相短路的电流曲线（t=0，u1=0时）
任何瞬间的短路全电流id=iz+if。曲线如图二所示。短路开始半周时，短路的瞬时值最大，即短路冲击电流icf=iz(0.01)+if(0.01)≈kcfId
全电流的最大有效值Icf=≈
对160kw—400kw调压器取kcf=1.3，有icf=1.84Id，Icf=1.09Id
∵Idm=Id ∴icf=1.3Idm为周期分量幅值的1.3倍，即在短路开始半周时（t=0,01秒），短路电流合成值最大。
因为调压器电抗Xb=﹝10Ud(%)Up2﹞/Se﹝Ud(%)—调压器短路电压，Up—短路点所在级平均额定电压﹞，额定电流Ie=Se/(Ue)；
又因为Up=Ue ，
所以其对称三相短路电流：
Id=Up/(Xb)=Se/﹝Up10Ud(%)﹞=Ie/﹝10Ud(%)﹞
取Ud%=4(%)，则Id=Ie/(10×4×10-3)=25Ie
Icf=1.84Id=32.5IemIcf=1.09Id=27.3Ie
即短路冲击电流为调压器额定电流幅值的32.5倍，短路全电流的最大有效值为调压器额定电流的27.3倍。这种时刻发生的短路对调压器最为不利。
图三无限大系统调压器二次三相短路的电流曲线（t=0，u1=Um时）
假设短路发生时（t=0），u1=Um，此时的短路不会发生过渡过程而直接进入稳定状态，短路电流只有周期分量。曲线如图三。T/4后，即t=0.005秒 u1=0时，短路电流为周期分量的幅值，即iz(0.005)=Idm=Id。
∵Id=25Ie取Ud%=4(%) ∴iz(0.005)=×25Ie=25Iem
即短路电流的幅值与有效值分别额为调压器额定电流幅值与有效值的25倍。这种时刻发生的短路对调压器不利最小。
其他时刻发生的短路，它们的短路电流值介于以上两种短路情况的对应短路电流值之间。
（2）电磁力破坏
调压器线圈导体L流过电流i时，如一元线段dL所处的磁感应强度为B，dL与B的夹角为β，则dL上所受的电磁力dF=iBsinβdL。负载短路线圈电流增大时，由于漏磁通增大，线圈所处的磁感应强度也会增大，由上式克制，线圈导体所受的电磁力比短路电流增大得更快。
如锦缎短路多次试送，调压器绕组在巨大的电磁力反复冲击下容易震动变形，使绝缘损坏。
（3）电热破坏
每相绕组流过短路电流在t秒内产生的热量为。为计算方便，可用稳态电流进行计算。因为短路稳态电流I∞=Id，所以（r—调压器每项绕组的等值电阻，r=r1+r’2。r’2—付边则算电阻。当调压器的配套设备采用几点保护装置与真空断路器时：速断保护区tj=0.1~0.15秒+整定时间）。
由上式可知，线圈产生的热量与短路电流有效值（周期分量）的平方即短路电流流过线圈的时间成正比，所以巨大的短路电流会使调压器的套组温度迅速上升，特别在短时间内连续多次尝试送电视，这种温升会剧烈地加强，由此 产生的高温时套组绝缘破坏。
2 .感应过电压及破坏
有调压器运行前的空载冲击试验参数可知，空载拉闸调压器的过电压值达4—4.5倍相电压。当调压器二次短路时，由于调压器一次端电压不变（无限大系统），所以其主磁通与空载时的主磁通相比没发生变化。由e=|-N(dΦ/dt)|可知，短路使调压柜器跳闸时，调压器产生的感应电势值也约为4—4.5倍相电压。这个值平时不会造成调压器绝缘损坏，但在套组遭短路电流产生的电磁力冲击出现移位后，其绝缘距离发生变化绝缘值下降时，或短路电流产生的过热使局部绝缘降低时，就会击穿绝缘。油漆时短时间内多次送店跳闸时，这种破坏就会雪上加霜。
三、调压器绕组结构的改进及参数的选择
与供货厂家交涉，要求改进以往的绕组结构、工艺及有关参数。以后新投入运行的调压器应一律要求：采用机械强度较大的扁线连续式套组，采用双层圆筒式套组结构式，必须加保护围屏，端圈及两头绝缘挡板采用树酯材料，同时将阻抗电压上调一定幅度，至少到4.5%。
四、配套设备的安装于改进
1. 在调压器二次侧假装限流电抗器，降低短路电流。
2. 采用重合闸及备自投后加速保护，减少短路电流对调压器的冲击时间。
3. 改进调压器过流保护装置，提高其灵敏度。
4. 条件允许时，采用微机控制保护代替继电器保护，提高其速动性与准确性。
五、加强运行管理、积极预防短路故障
1. 加强自闭（贯通）外线巡视检查与缺陷整改。
2. 改善调压器的散热条件，加强对调压器的巡视。
3. 有必要增加调压器预防性试验项目。
（1）测量空载电流及空载损耗。
（2）操作波试验。
（3）局部放电的探测。
（4）绝缘油漆相色谱分析和微水含量测试。
六、科学分析，正确操作
1.故障试送与故障倒闸前，调度应详实了解情况，科学分析故障。
2.自闭（贯通）双回路线路故障倒闸试送，按以下办法进行（单回路有故障自动分断装置不需反复试送）。
（1）如出现一端自闭（贯通）柜过流跳，则这一端试送（由远到近）；两端过流跳时，应尽量有连段配电室交替试送。
（2）如出现自闭（贯通）柜速断跳，则应由邻所试送，在线路故障排除前，禁止试送本所相关的自闭（贯通）柜。
（3）如故障引发调压器柜或电源柜跳，则应由本所试送，在本所调压器检查（外观与绝缘）前，禁止送本所调压柜；线路故障排除前，禁止試送本所相关的自闭（贯通）柜。
（4）试送间隔不能小于10分钟，连续试送一般不超过3次。
参考文献
陈云发，《变电运行培训教材》，水利电力出版社，1985年，北京