淺議電力系統(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(yùn)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(hù)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(jìn)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(shí)現(xiàn)的，其實(shí)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(jì)、可靠運(yùn)行與出力，取決于本身的制造質(zhì)量和運(yùn)行環(huán)境以及檢修質(zhì)量。本章試圖回答在變壓器運(yùn)行維護(hù)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(hù)誤動或拒動等造成短路，短路電流的強(qiáng)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(yùn)行、維護(hù)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(yùn)行維護(hù)過程中應(yīng)采取的措施加以說明。運(yùn)行維護(hù)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(jī)械強(qiáng)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(jìn)行密化處理，在線圈加工好后還要對單個線圈進(jìn)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(dá)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(qiáng)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(jìn)行短路試驗(yàn)，以防患于未然
大型變壓器的運(yùn)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(yùn)行過程中對設(shè)備進(jìn)行各種試驗(yàn)，及時掌握設(shè)備的工況。要了解變壓器的機(jī)械穩(wěn)定性，可通過承受短路試驗(yàn)，針對其薄弱環(huán)節(jié)加以改進(jìn)，以確保對變壓器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計時做到心中有數(shù)。
2.3使用可靠的繼電保護(hù)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(jìn)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(yùn)行的變壓器，首先應(yīng)配備可靠的供保護(hù)系統(tǒng)使用的直流電 源，并保證保護(hù)動作的正確性。結(jié)合目前運(yùn)行中變壓器杭外部短路強(qiáng)度較差的情況，對于系統(tǒng)短路跳閘后的自動重合或強(qiáng)行投運(yùn)，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(yùn)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(jìn)行試驗(yàn)檢查。在運(yùn)行中應(yīng)對遭受短路電流沖擊的變壓器進(jìn)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(yùn)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(jī)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(jìn)行吊罩驗(yàn)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(jìn)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(qiáng)的抗干擾能力，適合現(xiàn)場使用的要求。測試原理如圖2-1所示，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(jìn)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(diǎn)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(yàn)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(diǎn)。當(dāng)頻率低于10KHZ時，繞組的電感起主要作用，諧振點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)，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(yùn)行中不易普遍開展。因此，在實(shí)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(bǔ)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(shí)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(yùn)行。
2.5加強(qiáng)現(xiàn)場施工和運(yùn)行維護(hù)中的檢查，使用可靠的短路保護(hù)系統(tǒng)
現(xiàn)場進(jìn)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(jìn)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(yùn)行維護(hù)人員應(yīng)加強(qiáng)變壓器的檢查和維護(hù)保修管理工作，以保證變壓器處于良好的運(yùn)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(yùn)的變壓器，首先配備可靠的供保護(hù)系統(tǒng)使用的直流系統(tǒng)，以保證保護(hù)動作的正確性;其次，應(yīng)盡量對因短路跳閘的變壓器進(jìn)行試驗(yàn)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(jìn)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(yùn)行管理、運(yùn)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(yùn)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(yùn)行。
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