淺談提升大型變壓器過(guò)載能力

大型電力變壓器由于其大容量、高負(fù)載的特點(diǎn)，往往被選用為電網(wǎng)負(fù)荷中心的變壓器。但是，由于用電量的不斷增大，導(dǎo)致了超負(fù)荷運(yùn)行的情況增多。大型油浸式電力變壓器在超負(fù)載運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)體發(fā)熱會(huì)急劇上升，繞組和絕緣油溫度劇增。這不但會(huì)降低變壓器的絕緣強(qiáng)度，容易導(dǎo)致?lián)舸┈F(xiàn)象，還會(huì)降低繞組的機(jī)械強(qiáng)度，尤其是發(fā)生短路故障時(shí)，產(chǎn)生的強(qiáng)大電動(dòng)力極易造成變壓器損壞。大型電力變壓器超載運(yùn)行，會(huì)使漏磁磁密、短路應(yīng)力及受高場(chǎng)強(qiáng)作用的絕緣體積都將增加，危險(xiǎn)性極高。提升大型變壓器的過(guò)載能力，對(duì)于提升變壓器的安全性，有著關(guān)鍵性的意義。

一、變壓器過(guò)載的相關(guān)理論分析

1.變壓器負(fù)載類型

變壓器負(fù)載有周期性負(fù)載和短期急救性負(fù)載兩種類型。周期性負(fù)載，以一個(gè)周期內(nèi)的平均老化量來(lái)考慮，又分為正常周期負(fù)載和長(zhǎng)期急救性周期負(fù)載。正常負(fù)載是指在溫度的變化下產(chǎn)生周期性的額定電流超載的現(xiàn)象；長(zhǎng)期急救性周期負(fù)載是指變壓器長(zhǎng)時(shí)間退出運(yùn)行而引起的變壓器老化；短期急救性負(fù)載是指系統(tǒng)中發(fā)生了嚴(yán)重事故或者錯(cuò)誤，從而引起的超額負(fù)載的情況。一般來(lái)說(shuō)，短期急救性負(fù)載是導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)故障的主要因素。

2.過(guò)載運(yùn)行對(duì)于變壓器的影響

變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，受熱力、電力、機(jī)械力和化學(xué)力等方面的作用，本身就是一個(gè)損耗的過(guò)程。超載運(yùn)行時(shí)，變壓器的損害就會(huì)大幅度增加，具體包括以下情況：繞組熱點(diǎn)溫度上升，可能在高場(chǎng)強(qiáng)區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)氣泡而導(dǎo)致絕緣強(qiáng)度下降；機(jī)械特性變劣，可能會(huì)導(dǎo)致短路強(qiáng)度降低；套管內(nèi)部的壓力升高會(huì)產(chǎn)生漏油現(xiàn)象，可能會(huì)導(dǎo)致故障發(fā)生；儲(chǔ)油柜中的油因膨脹可能會(huì)溢出；分接開(kāi)關(guān)的接觸電阻可能增加，嚴(yán)重時(shí)易導(dǎo)致熱失控現(xiàn)象；密封材料在高溫下可能發(fā)脆；絕緣元件在高溫下容易發(fā)生老化；熱劣化導(dǎo)致變壓器壽命簡(jiǎn)短。

3.過(guò)載應(yīng)該考慮的因素

變壓器過(guò)載時(shí)要考慮到以下幾種因素：相關(guān)元件和絕緣部件的溫度可能會(huì)升到不可接受的程度；鐵芯漏磁通密度將增加，漏磁通作用下金屬部件溫度激增；鐵心過(guò)勵(lì)磁能力在主磁通和漏磁通的作用下將會(huì)降低；結(jié)構(gòu)和使用安全裕度受到熱應(yīng)力影響；油膨脹產(chǎn)生的影響。

二、提高過(guò)載能力對(duì)變壓器的影響分析

1.變壓器設(shè)計(jì)和制造方面

如需將變壓器的過(guò)載能力提升為環(huán)境溫度35℃、起始負(fù)荷100%、過(guò)載倍數(shù)1.8倍或2.0倍、歷時(shí)20分鐘、控制變壓器油溫150℃和繞組熱點(diǎn)溫度150℃，除了要求變壓器主體設(shè)計(jì)、制造工藝、材料和附件等方面做出控制，還要通過(guò)降低繞組的電流密度、控制負(fù)載損耗和增加冷卻設(shè)備等方式，有效控制繞組熱點(diǎn)溫度和頂層油溫，選擇大電流的套管、開(kāi)關(guān)，選擇大橫截面積的導(dǎo)線。

2.配電裝置選用方面

如果將變壓器的過(guò)載能力提高到2.0倍，配電裝置也會(huì)相應(yīng)受到影響：電氣設(shè)備額定電流的相關(guān)參數(shù)提高，主變間隔、母聯(lián)、分段間隔受到影響，大大降低了設(shè)備的選型范圍。提高導(dǎo)體的額定電流，也使變間隔、母聯(lián)、分段間隔受到影響，導(dǎo)線以及配電裝置的管母等導(dǎo)體的載流量要求相應(yīng)提高，導(dǎo)體的更換還會(huì)引起支柱絕緣子型號(hào)以及土建的構(gòu)架及管母支架的更換。

將變壓器的過(guò)載能力提升到2.0倍，主變間隔中壓側(cè)斷路器設(shè)備額定電流也大大提高，至少應(yīng)該滿足5000A，斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、電流互感器額定電流都受到相關(guān)的限制，變壓器的配置設(shè)備很多需要變更。

3.繼電保護(hù)

大型電力變壓器配置的繼電保護(hù)主要有箱內(nèi)部各種故障和油面下降的瓦斯保護(hù)；各種短路故障的縱聯(lián)差動(dòng)保護(hù)；過(guò)電流保護(hù)；單相接地短路后備保護(hù)；過(guò)負(fù)荷保護(hù)；過(guò)勵(lì)磁保護(hù)；各種輔助保護(hù)。過(guò)負(fù)荷保護(hù)一般采用在主變高壓側(cè)和公共繞組裝設(shè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)。由于繼電保護(hù)常規(guī)是三相對(duì)稱，一般保護(hù)采用采用監(jiān)視過(guò)負(fù)荷的電流繼電器只裝設(shè)在某一項(xiàng)，各側(cè)過(guò)負(fù)荷保護(hù)共用一只時(shí)間繼電器的方式。正常情況下，變壓器超負(fù)載運(yùn)行不會(huì)導(dǎo)致母線電壓大幅降低，基本上產(chǎn)生的影響不大。變壓器在過(guò)載運(yùn)行的情況下，特別是過(guò)載倍數(shù)較大時(shí)，一般會(huì)引起冷卻器損耗，并且繞組溫度上升過(guò)快，但是對(duì)設(shè)備相間的阻抗保護(hù)不會(huì)產(chǎn)生影響。

4.處理措施

對(duì)于變壓器超負(fù)荷運(yùn)行，一般采用以下處置措施：

（1）配置熱輻射溫度光纖傳感器。熱輻射溫度光纖傳感器利用光纖內(nèi)的熱輻射來(lái)傳感溫度，光纖溫度傳感器的靈敏度非常高，可以探測(cè)到光纖上任何位置的溫度。變壓器設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，可以將光纖纖維傳感探頭裝于繞組、鐵心等重點(diǎn)位置。這樣能夠有效地控制溫度，釋放變壓器的過(guò)載水平。

（2）采取微機(jī)型過(guò)負(fù)荷聯(lián)切裝置。如果系統(tǒng)發(fā)生事故，可能會(huì)產(chǎn)生僅有一個(gè)主變工作的情況，造成主變的嚴(yán)重過(guò)載。為了防止這種情況的發(fā)生，可以采用微機(jī)型過(guò)負(fù)荷聯(lián)切裝置。該裝置能夠準(zhǔn)確判斷電流大小和有功功率，一旦所切負(fù)荷能夠滿足運(yùn)行要求，立即停止切下一輪負(fù)荷，在最大限度上控制符合損失，有效地防止主變嚴(yán)重過(guò)載的危險(xiǎn)，保證電網(wǎng)的連續(xù)供電。即使在油溫沒(méi)有達(dá)到規(guī)定開(kāi)啟風(fēng)扇或油泵的整定溫度時(shí)，也要做到立即有效開(kāi)啟風(fēng)扇或油泵，降低繞組溫度來(lái)補(bǔ)償損耗。

三、提升變壓器過(guò)載能力對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響

提升變壓器過(guò)載能力，能夠有效地保持電網(wǎng)的連續(xù)供電和穩(wěn)定運(yùn)行。電網(wǎng)的供電能力明顯增強(qiáng)，電網(wǎng)發(fā)生事故和受到損害的危險(xiǎn)性明顯下降，對(duì)于電網(wǎng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行提供了明顯的保障，且有效地延緩了電網(wǎng)擴(kuò)建的時(shí)間，為電網(wǎng)優(yōu)化項(xiàng)目提供了一定的富裕度。

總之，提高大型電力變壓器過(guò)載能力，能增強(qiáng)主變的實(shí)際供電能力，減小變壓器受到損害的可能性，保護(hù)變壓器和電網(wǎng)本身，大大延遲第三臺(tái)主變的建設(shè)時(shí)間，延緩了電網(wǎng)的建設(shè)。

為了保證大型電力變壓器能夠在過(guò)載情況下更好穩(wěn)定地運(yùn)行，筆者認(rèn)為，今后應(yīng)加大對(duì)于大型電力變壓器過(guò)載能力提升的研究，重視大型變壓器超負(fù)載運(yùn)行的狀況。

參考文獻(xiàn)：

[1]戎春園，曹玉文，李茂峰，陳方之等．500kV大型油浸式電力變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)控制[J]．廣西電力，2008(1).

[2]卞超，李軍．大型電力變壓器過(guò)負(fù)荷能力計(jì)算[J]．江蘇電機(jī)工程，2005(3).

[3]敖明，楊偉龍．油浸式電力變壓器過(guò)載限制分析[J]．吉林電力，2005(2).

[4]胡惠然，盧理成．湖北電網(wǎng)11OkV～220kV主要電力變壓器過(guò)負(fù)荷能力分析[J]．湖北電力，2004(12).

（作者單位：甘肅省蘭州資源環(huán)境職業(yè)技術(shù)學(xué)院）