電力系統(tǒng)中變壓器抗短路能力提高的措施

　　摘要：電力變壓器是傳輸、分配電能的樞紐,是電力網(wǎng)的核心元件,其可靠運行不僅關(guān)系到廣大用戶的電能質(zhì)量,也關(guān)系到整個系統(tǒng)的安全程度。電力變壓器的可靠性由其健康狀況決定,不僅取決于設(shè)計制造、結(jié)構(gòu)材料,也與檢修維護密切相關(guān)。本文就電力系統(tǒng)中變壓器抗短路能力的提高的問題進行了探討。

　　關(guān)鍵字：電力變壓器 短路 策略

　　一、 電力變壓器概述

　　電子電力變壓器主要是采用電力電子技術(shù)實現(xiàn)的,其實現(xiàn)過程如圖 1-1 所示。其基本原理為在原方將工頻信號通過電力電子電路轉(zhuǎn)化為高頻信號,即升頻,然后通過中間高頻隔離變壓器耦合到副方,再還原成工頻信號,即降頻。通過采用適當(dāng)?shù)目刂品桨竵砜刂齐娏﹄娮友b置的工作,從而將一種頻率、電壓、波形的電能變換為另一種頻率、電壓、波形的電能。由于中間隔離變壓器的體積取決于鐵芯材質(zhì)的飽和磁通密度以及鐵芯和繞組的最大允許溫升,而飽和磁通密度與工作頻率成反比,這樣提高其工作頻率就可提高鐵芯的利用率,從而減小變壓器的體積并提高其整體效率。

　　二、提高電力變壓器抗短路能力的措施

　　變壓器的安全、經(jīng)濟、可靠運行與出力,取決于本身的制造質(zhì)量和運行環(huán)境以及檢修質(zhì)量。本章試圖回答在變壓器運行維護過程中,有效預(yù)防變壓器突發(fā)性故障的措施。 電網(wǎng)經(jīng)常由于雷擊、繼電保護誤動或拒動等造成短路,短路電流的強大沖擊 可能使變壓器受損,所以應(yīng)從各方面努力提高變壓器的耐受短路能力。變壓器短 路沖擊事故的統(tǒng)計結(jié)果表明,制造原因引起的占80%左右,而運行、維護原因引 起的僅占10%左右。有關(guān)設(shè)計、制造方面的措施在第二章已有論述,本章著重就 運行維護過程中應(yīng)采取的措施加以說明。運行維護過程中,一方面應(yīng)盡量減少短 路故障,從而減少變壓器所受沖擊的次數(shù);另一方面應(yīng)及時測試變壓器繞組的形變,防患于未然。

　　2.1規(guī)范設(shè)計,重視線圈制造的軸向壓緊工藝

　　制造廠家在設(shè)計時,除要考慮變壓器降低損耗,提高絕緣水平外,還要考慮到提高變壓器的機械強度和抗短路故障能力。在制造工藝方面,由于很多變壓器都采用了絕緣壓板,且高低壓線圈共用一個壓板,這種結(jié)構(gòu)要求要有很高的制造工藝水平,應(yīng)對墊塊進行密化處理,在線圈加工好后還要對單個線圈進行恒壓干燥,并測量出線圈壓縮后的高度;同一壓板的各個線圈經(jīng)過上述工藝處理后,再調(diào)整到同一高度,并在總裝時用油壓裝置對線圈施加規(guī)定的壓力,最終達到設(shè)計和工藝要求的高度。在總裝配中,除了要注意高壓線圈的壓緊情況外,還要特別注

　　意低壓線圈壓緊情況的控制。由于徑向力的作用,往往使內(nèi)線圈向鐵心方向擠壓,故應(yīng)加強內(nèi)線圈與鐵心柱間的支撐,可通過增加撐條數(shù)目并采取厚一些的紙筒作線圈骨架等措施來提高線圈的徑向動穩(wěn)定性能。

　　2. 2對變壓器進行短路試驗,以防患于未然

　　大型變壓器的運行可靠性,首先取決于其結(jié)構(gòu)和制造工藝水平,其次是在運行過程中對設(shè)備進行各種試驗,及時掌握設(shè)備的工況。要了解變壓器的機械穩(wěn)定性,可通過承受短路試驗,針對其薄弱環(huán)節(jié)加以改進,以確保對變壓器結(jié)構(gòu)強度設(shè)計時做到心中有數(shù)。

　　2.3使用可靠的繼電保護與自動重合閘系統(tǒng)

　　系統(tǒng)中的短路事故是人們竭力避免而又不能絕對避免的事故,特別是10KV 線路因誤操作、小動物進入、外力以及用戶責(zé)任等原因?qū)е露搪肥鹿实目赡苄詷O 大。因此對于已投入運行的變壓器,首先應(yīng)配備可靠的供保護系統(tǒng)使用的直流電 源,并保證保護動作的正確性。結(jié)合目前運行中變壓器杭外部短路強度較差的情況,對于系統(tǒng)短路跳閘后的自動重合或強行投運,應(yīng)看到其不利的因素,否則有 時會加劇變壓器的損壞程度,甚至失去重新修復(fù)的可能。目前己有些運行部門根 據(jù)短路故障是否能瞬時自動消除的概率,對近區(qū)架空線(如2km以內(nèi))或電纜線路取消使用重合問,或者適當(dāng)延長合間間隔時間以減少因重合閘不成而帶來的危害,并且應(yīng)盡量對短路跳閘的變壓器進行試驗檢查。在運行中應(yīng)對遭受短路電流沖擊的變壓器進行記錄,并計算短路電流的倍數(shù)。

　　2.4積極開展變壓器繞組的變形測試診斷

　　通常變壓器在遭受短路故障電流沖擊后,繞組將發(fā)生局部變形,即使沒有立 即損壞,也有可能留下嚴(yán)重的故障隱患。首先,絕緣距離將發(fā)生改變,固體絕緣 受到損傷,導(dǎo)致局部放電發(fā)生。當(dāng)遇到雷電過電壓作用時便有可能發(fā)生匝間、餅 間擊穿,導(dǎo)致突發(fā)性絕緣事故,甚至在正常運行電壓下,因局部放電的長期作用 也可能引發(fā)絕緣擊穿事故。其次,繞組機械性能下降,當(dāng)再次遭受短路事故時, 將承受不住巨大的電動力作用而發(fā)生損壞事故。

　　因此,積極開展變壓器繞組變形的診斷工作,及時發(fā)現(xiàn)有問題的變壓器,并 有計劃地進行吊罩驗證和檢修,不但可節(jié)省大量的人力、物力,對防止變壓器事故的發(fā)生也有極其重要的作用。

　　響應(yīng)法頻率響應(yīng)分析法任(FRA法)是一種先進的繞組變形診斷方法,能夠檢測到微弱的繞組變形,并且具有較強的抗干擾能力,適合現(xiàn)場使用的要求。在繞組的一端口加入不同頻率的電壓信號Us,通過數(shù)字化記錄設(shè)備同時檢測繞組兩端的對地電壓信號U1(n)和U0(n),并按公式 (2-1)進行計算傳遞函數(shù)H(n)。

　　傳遞函數(shù)H(jw)(即頻率響應(yīng)特性)的零、極點分布情況與二端口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的元件及連接方式等密切相關(guān)。大量試驗研究結(jié)果表明,變壓器繞組通常在 10KZ~1MHZ的頻率范圍內(nèi)具有較多的諧振點。當(dāng)頻率低于10KHZ時,繞組的電感起主要作用,諧振點通常較少,對分布電容的變化較不敏感;當(dāng)頻率超過1 MHZ時,繞組的電感又被分布電容所旁路,諧振點也會相應(yīng)減少,對電感的變化較不敏感,而且隨著頻率的提高,測試回路(引線)的雜散電容也會對測試結(jié)果造成明顯影響。因此,選用10KZ~1MHZ的掃頻測量范圍和1000個左右的線性分布掃描頻點通常會獲得較好的測試效果。此時,繞組內(nèi)部的分布電感和電容均可發(fā)揮作用,其頻率響應(yīng)特性具有較多的諧振點,能夠靈敏地反映出繞組電感、電容的變化情況。

　　由于變壓器繞組變形測試儀價格昂貴,且對人員的素質(zhì)要求高,在生產(chǎn)運行中不易普遍開展。因此,在實際工作中,依據(jù)變壓器繞組電容變化量來判斷繞組是否變形的方法,可以作為頻率響應(yīng)法的有益補充。尤其在頻率響應(yīng)法不具備條件的情況下,可以通過橫向、縱向?qū)Ρ确e累的實測電容量,及時掌握變壓器繞組的工作狀態(tài), 以便降低事故發(fā)生的概率,確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運行。

　　2.5加強現(xiàn)場施工和運行維護中的檢查,使用可靠的短路保護系統(tǒng)

　　現(xiàn)場進行變壓器的安裝時,必須嚴(yán)格按照廠家說明和規(guī)范要求進行施工,嚴(yán)把質(zhì)量關(guān),對發(fā)現(xiàn)的隱患必須采取相應(yīng)措施加以消除。運行維護人員應(yīng)加強變壓器的檢查和維護保修管理工作,以保證變壓器處于良好的運行狀況,并采取相應(yīng)措施,降低出口和近區(qū)短路故障的幾率。為盡量避免系統(tǒng)的短路故障,對于己投運的變壓器, 首先配備可靠的供保護系統(tǒng)使用的直流系統(tǒng),以保證保護動作的正確性;其次,應(yīng)盡量對因短路跳閘的變壓器進行試驗檢查,可用頻率響應(yīng)法測試技術(shù)測量變壓器受到短路跳閘沖擊后的狀況,根據(jù)測試結(jié)果有目的地進行吊罩檢查,這樣就可有效地避免重大事故的發(fā)生。

　　變壓器能否承受各種短路電流主要取決于變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造工藝,且與運行管理、運行條件及施工工藝水平等方而有很大的關(guān)系,變壓器短路事故對電網(wǎng)系統(tǒng)的運行危害極大,為避免事故的發(fā)生,應(yīng)從多方而采取有效的控制措施,以保證變壓器及電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

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