提高大型電力變壓器抗短路能力措施

錢國超,鄒德旭,徐曉偉,顏冰

(云南電網(wǎng)公司電力研究院,昆明 650217)

提高大型電力變壓器抗短路能力措施

錢國超,鄒德旭,徐曉偉,顏冰

(云南電網(wǎng)公司電力研究院,昆明 650217)

從變壓器抗短路能力校核出發(fā),闡述變壓器設(shè)計(jì)、制造和運(yùn)行維護(hù)等方面提高其抗短路能力的措施。

電力變壓器；抗短路能力；短路電流

1 前言

電力變壓器是電網(wǎng)運(yùn)行中最為重要的設(shè)備之一,在電力系統(tǒng)中起到電能的傳輸、分配及轉(zhuǎn)換作用,其安全可靠運(yùn)行對(duì)提高供電可靠性,保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的作用。近年來,在國家電網(wǎng)及南方電網(wǎng)發(fā)生了多起110 kV及以上電壓等級(jí)的電力變壓器損壞的事故,究其損壞原因,大部分是變壓器本身抗短路能力不足導(dǎo)致。

因變壓器的抗短路能力與變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、選材、制造工藝、裝配、試驗(yàn)、運(yùn)輸和運(yùn)行維護(hù)等因素有關(guān),因此為了保障變壓器的安全可靠運(yùn)行,長期以來,變壓器制造方和運(yùn)行維護(hù)方等都從上述方面采取不同措施來提高變壓器的抗短路能力。

2 抗短路能力不足損壞

電力變壓器抗短路能力不足,在遭受短路時(shí)繞組出現(xiàn)損壞事故是在軸向短路力和輻向短路力共同作用的結(jié)果,并且由輻向短路力導(dǎo)致的繞組損壞事故較軸向短路力導(dǎo)致的多；其次軸、輻向短路力導(dǎo)致的變壓器繞組損壞的部位大多處于鐵心窗口處,這主要是此處的漏磁場較強(qiáng),鐵芯窗內(nèi)軸向壓緊裝置較為薄弱導(dǎo)致。變壓器繞組在遭受短路時(shí)損壞主要有以下幾種模式：

2.1 軸向失穩(wěn)

軸向失穩(wěn)主要是由于短路繞組的輻向漏磁場和在線匝中流動(dòng)的電流之間相互作用產(chǎn)生的軸向電動(dòng)力作用在繞組的線餅上,若繞組的軸向預(yù)壓緊力小于軸向動(dòng)態(tài)短路力,就會(huì)導(dǎo)致變壓器繞組軸向變形,是軸向動(dòng)態(tài)短路力和輻向短路力共同作用繞組損壞的主要模式,表現(xiàn)為線餅上下彎曲變形、線餅倒塌、墊塊松動(dòng)移位、匝間短路等。

2.2 輻向失穩(wěn)

輻向失穩(wěn)主要是短路繞組的軸向漏磁場和在線匝流動(dòng)的電流之間相互作用產(chǎn)生的輻向電動(dòng)力作用在繞組的線餅上,導(dǎo)致變壓器繞組線餅在繞組圓周的某一撐條間距內(nèi)所有繞組線匝向外凸出或向外凹陷,此種損壞模式最容易引起匝絕緣破壞引起匝間短路。

2.3 絕緣擊穿

此種情況主要是繞組導(dǎo)線變形導(dǎo)致繞組相間及繞組對(duì)鐵芯和油箱等處的距離變小使其主絕緣強(qiáng)度降低,在變壓器油絕緣性能下降及其他因素共同作用時(shí)可能導(dǎo)致絕緣擊穿,其次是在引線間電磁力作用下引線振動(dòng)引起短路。

3 提高變壓器抗短路能力措施

3.1 設(shè)計(jì)及制造方面

1)安匝平衡,以保證所有繞組對(duì)應(yīng)區(qū)域內(nèi)的安匝和高度盡可能相等,避免由于漏磁通嚴(yán)重而產(chǎn)生過大的短路電磁力；

2)墊塊要進(jìn)行密化處理,線圈制作好后進(jìn)行恒壓干燥,以保證繞組的軸向尺寸穩(wěn)定,嚴(yán)格控制每個(gè)線圈的輻向尺寸公差,干燥完成后及時(shí)包裹防潮；保證同一壓板下各線圈調(diào)整至同一高度；總裝重視線圈軸向壓緊控制,除關(guān)注高壓線圈的壓緊情況外,還需重點(diǎn)關(guān)注低壓線圈的壓緊情況；

3)整體套裝時(shí)繞組套裝要緊實(shí),繞組在下落過程中要能聽到繞組絕緣撐條與紙筒之間的摩擦聲,尤其是內(nèi)側(cè)繞組要撐緊,各撐條均不得懸空,否則要增加調(diào)節(jié)紙板或增加油隙撐條的厚度。

3.2 繼電保護(hù)方面

繼電保護(hù)方面就是裝設(shè)可靠安全的繼電保護(hù)及重合閘系統(tǒng)。由于變壓器短路發(fā)生是不可避免的情況,因此在變壓器發(fā)生故障時(shí),因準(zhǔn)確及時(shí)切除故障,防止變壓器損壞事故進(jìn)一步惡化,嚴(yán)查主變高低壓測差流保護(hù)死區(qū),同時(shí)加裝快速保護(hù)裝置等；對(duì)于自動(dòng)重合閘系統(tǒng),因看到其利弊,防止重合閘沖擊導(dǎo)致變壓器加劇變壓器損壞的程度。

3.3 抗短路校核方面

目前各個(gè)變壓器廠對(duì)于變壓器抗短路能力的校核都不統(tǒng)一,隨都依據(jù)GB1094.5-2005進(jìn)行,但各自所采用的專業(yè)軟件所涉及的系統(tǒng)阻抗、短路形式及反應(yīng)抗短路能力特征量等都未有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),各廠校核嚴(yán)疏有別；

因此變壓器的抗短路校核方面建議采用動(dòng)態(tài)的校核方法,即把繞組遭受短路時(shí)各部受力是不斷變化的,其力學(xué)性能指標(biāo)如彈性模量是不斷變化的,以更好的體現(xiàn)變壓器的真實(shí)性能,并能有效的考慮短路沖擊對(duì)變壓器材料和線圈的累積效應(yīng)。

3.4 抗短路試驗(yàn)方面

變壓器的抗短路試驗(yàn)是對(duì)變壓器抗短路能力校核最為直接和準(zhǔn)確的方法之一,變壓器制造方通過對(duì)變壓器進(jìn)行短路試驗(yàn),分析短路試驗(yàn)前后的的各特征參數(shù),完善變壓器的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及提升抗短路能力。

為避免某些廠商為獲取生產(chǎn)資質(zhì)對(duì)進(jìn)行短路試驗(yàn)的變壓器進(jìn)行精雕細(xì)作處理,而對(duì)其他變壓器未認(rèn)真執(zhí)行嚴(yán)格的生產(chǎn)控制措施。建議生產(chǎn)運(yùn)營方對(duì)購置的批次變壓器采取隨機(jī)抽檢的方式進(jìn)行短路試驗(yàn),側(cè)面促使變壓器制造廠商加強(qiáng)各批次變壓器的生產(chǎn)制造工藝的控制。

3.5 運(yùn)行維護(hù)方面

運(yùn)行維方面,一方面是應(yīng)盡量減少短路故障,減少變壓器所受沖擊的次數(shù)；另一方面是及時(shí)獲取變壓器繞組的變形情況及嚴(yán)重程度,防患于未然。具體針對(duì)各有關(guān)電網(wǎng)運(yùn)營單位重點(diǎn)從以下幾方面開展：

1)變壓器低壓側(cè)出線排及開關(guān)柜母線進(jìn)行絕緣包裹；嚴(yán)格執(zhí)行10～35kV金屬鎧裝移開式斷路器小車導(dǎo)電臂絕緣護(hù)套包裹要求；

2)檢查變壓器油位和有載分接開關(guān)油位是否正常,特別關(guān)注油位已看不到情況；

3)變壓器各側(cè)斷路器應(yīng)有防拒動(dòng)措施及維護(hù)措施；

4)變壓器低壓側(cè)10 kV、35kV PT勵(lì)磁特性須達(dá)到1.9倍額定電壓不飽和；

5)低壓側(cè)有電纜出線的,電纜須進(jìn)行耐壓試驗(yàn)并通過；

6)加強(qiáng)對(duì)客戶側(cè)設(shè)備的監(jiān)督和檢查,防止因客戶側(cè)設(shè)備問題引起主變損壞。

3.6 智能診斷技術(shù)

變壓器遭受短路電流沖擊的損壞一般不是一次沖擊就導(dǎo)致其立即損壞,是多次沖擊累積效應(yīng)導(dǎo)致的結(jié)果,因此如何準(zhǔn)確獲取變壓器短路沖擊后繞組變形的情況及嚴(yán)重程度,采取相應(yīng)的管控措施,防患于未然。目前針對(duì)變壓器繞組變形最為有效的方式繞組變形頻響法測試和低電壓短路阻抗法測試,并且建議測試時(shí)兩種方法都開展共同診斷繞組變形的情況,相互應(yīng)證。

其次,變壓器遭受短路沖擊時(shí),受軸向及輻向短路沖擊力的影響,各絕緣部件可能存在一定的位移引起繞組存在不同的振動(dòng)現(xiàn)象,因此利用目前的高新傳感技術(shù),獲取變壓器繞組機(jī)械穩(wěn)定的特征頻譜,研究基于振動(dòng)頻響法的變壓器繞組穩(wěn)定性檢測方法,豐富變壓器繞組變形測試手段,保證變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語

1)變壓器的設(shè)計(jì)制造方,應(yīng)從變壓器抗短路試驗(yàn)前后變壓器各抗短路能力特征參數(shù)變化情況全方位優(yōu)化變壓器的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),包括材料選取、線圈的繞制、干燥工藝的改進(jìn)以及裝配等方面進(jìn)行嚴(yán)格管控以從本質(zhì)上提高變壓器的抗短路能力；

2)變壓器的運(yùn)維方應(yīng)從運(yùn)行維護(hù)的角度出發(fā),采取多重管控措施,防止變壓器發(fā)生短路,特別是近區(qū)短路的發(fā)生,以保證變壓器及電網(wǎng)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1]謝毓城主編.電力變壓器手冊 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2003.

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圖3 GIS幅值大小相位圖

6 結(jié)束語

文中對(duì)超高頻法檢測GIS局部放電進(jìn)行系統(tǒng)和深入的研究,采用超高頻法檢測GIS局部放電具有避開電暈放電干擾、檢測靈敏度高、可定位局放源、可根據(jù)故障波形特征進(jìn)行故障類型鑒別等優(yōu)點(diǎn),是GIS局部放電檢測技術(shù)先進(jìn)性的發(fā)展方向。隨著科技的發(fā)展,特別是信號(hào)分析技術(shù)如指紋分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊診斷等越來越多地應(yīng)用到GIS局放檢測中,將有力推動(dòng)GIS局放檢測技術(shù)的發(fā)展。

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收稿日期：2013-12-10

作者簡介：

秦錕 (1982),男,工程師,云南電網(wǎng)公司保山供電局,從事生產(chǎn)管理工作 (e-mail)qinkun82@126.com。

Research on Improving Short-current Withstand Ability for Large Power Transformer

QIAN Guochao,ZOU Dexu,XU Xiaowei,YAN Bin
(Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217)

This paper discussed the calibration method for short-current withstand ability of transformer.And the improving of the short-circuit withstand ability with the designing,manufacture,operation and maintenance of transformer.

power transformer；short-current withstand ability；short-circuit current

TM85

B

1006-7345(2014)02-0078-03

2013-09-30

錢國超 (1981),男,碩士,工程師,云南電網(wǎng)電力研究院,主要從事高電壓試驗(yàn)、變壓器在線監(jiān)測及故障診斷方面的研究(e-mail)410375004@qq.com。