變壓器過負荷分析及措施

李開天

變壓器過負荷分析及措施

李開天①

(山西興能發電有限責任公司)

變壓器過負荷運行是變壓器的一種正常運行狀態。介紹了變壓器過負荷的形式,分析了變壓器過負荷的危害及致因,論述了變壓器安全過負荷的運行條件,提出了減少變壓器過負荷危害的措施。

變壓器;過負荷;分析;措施

近年來,變壓器事故時有發生,而且有增長的趨勢。從變壓器事故情況分析來看,過負荷是電力變壓器事故的重要原因,對電網造成很大危害,嚴重影響電網安全運行。

本文就電力變壓器過負荷類型和造成損壞程度進行分析,提出了目前有關可以過負荷運行變壓器的問題和減少這一類危害的措施。

1 變壓器過負荷的形式

變壓器過負荷分正常過負荷和事故過負荷兩種。

1)變壓器在運行中的負荷是經常變化的,即負荷曲線有高峰和低谷,在高峰時可能使變壓器過負荷。變壓器過負荷運行時,絕緣壽命損失將增加,而輕負荷時絕緣壽命損失將減小,兩者相互補償仍使變壓器獲得正常老化壽命損失的過負荷稱為正常過負荷。所以變壓器的過負荷能力就是以不犧牲變壓器的正常壽命為原則而制定的。

正常過負荷(也稱“長期急救周期性負載”)多數出現在以下幾種情況：

a)系統中部分變壓器因故障或檢修而長期退出運行。b)系統運行方式改變,使部分變壓器負載增大。c)用戶負載增加,而新的變壓器短時間內不能投入。變壓器過負荷運行時,除考慮正常壽命損失,并注意繞組最熱點溫度不超過允許值外,還應考慮到套管、引線、焊接點和分接開關等組件的過負荷能力以及與變壓器連接的各種設備如電纜、斷路器、隔離開關、電流互感器等的允許過負荷、過電流能力。

2)事故過負荷。多數發生在以下情況：

a)一個變電所的某臺變壓器發生故障,而該變壓器的負載不能全部切除故障或轉移到其它變電所,迫使本變電所其它變壓器超負載。b)系統中發生一個或多個事故,使部分不能切換的負載轉移到某臺或幾臺變壓器上。事故過負荷可能出現較高倍數的過電流而導致繞組熱點溫度達到危險程度,對絕緣安全有一定風險,因此一旦發生,必須迅速降低負載或縮短運行時間,以免變壓器發生故障。

2 變壓器過負荷危害及原因分析

變壓器過負荷引起變壓器各部分溫度升高、絕緣老化、使用壽命降低,直至損壞。變壓器器運行時,其繞組和鐵芯中的電能損耗都將轉變為熱能,使變壓器的溫度升高。這些熱量由繞組和鐵芯內部以傳熱方式傳至導體或鐵芯表面,再以對流方式傳至變壓器油中。對于大容量變壓器,這些熱油經強風(或水)冷卻器,冷卻后再用油泵送回變壓器。可見,變壓器運行時,各部分溫度分布極不均勻,其中以繞組的溫度最高。通常,變壓器各部分溫度以平均溫升和最大溫升計算。繞組或油的最大溫升是指其最熱處的溫升;繞組或油的平均溫升是指整個繞組或全部油的平均溫升。國家標準規定變壓器的額定使用條件為：最高氣溫為 +40℃;最高日平均氣溫 +30℃;最高年平均氣溫 +20℃;最低氣溫 -30℃。而且變壓器各部分的溫升不得超過表1中所列各值：

1)變壓器的絕緣老化。變壓器的絕緣老化,主要是因為溫度、濕度、氧氣和油中的劣化產物的影響,高溫是老化的直接原因。運行中絕緣的工作溫度愈高,化學反應(主要是氧化作用)進行得愈快,引起機械強度和電氣強度喪失得越快,即絕緣的老化速度愈大,變壓器的使用年限也愈短。標準規定,變壓器在額定負載下運行,繞組平均溫升為65℃。通常,繞組最熱點溫升為13℃,即78℃。如果變壓器在額定負載和環境溫度為20℃下連續運行,則繞組最熱點溫度為98℃。變壓器使用的A級絕緣(油浸電纜紙)在98℃下使用,其老化壽命(使用年限)在20年以上。這種運行條件下的老化壽命為正常的老化壽命,其每天的壽命損失為正常日壽命損失。根據研究表明,繞組溫度每增加6℃,老化壽命將縮短一半,即絕緣老化的6℃規則。繞組在不同的最熱點溫度下的相對壽命損失,見表2。

表2 繞組在不同的最熱點溫度下的相對壽命損失

綜上所述,變壓器運行時,其繞組溫度維持在 +98℃可獲得正常的老化壽命。但實際上繞組溫度受氣溫和負荷波動的影響,變動范圍很大,因此,將繞組最高允許溫度規定為98℃,則大部分時間繞組溫度達不到該溫度,變壓器的負荷得不到充分利用;如果不規定繞組最高允許溫度,或者將該值規定過高,變壓器又可能得不到正常老化壽命。為了解決上述問題,規定在一部分時間內,根據運行要求容許繞組溫度大于98℃,而在另一部分時間內使繞組溫度小于98℃,只要使變壓器在溫度較高的時間內多損失的壽命與變壓器在溫度較低時間內少損失的壽命相互補償,從而使變壓器的老化壽命可以和98℃運行時等值。這就是所謂的等值老化原則。如果令λ為絕緣老化率。顯然,λ?1,則變壓器的老化大于正常老化,老化壽命大為縮短;如果λ?1,變壓器負荷能力未得到充分利用。因此,在一定時間間隔內,使λ接近1,是制定變壓器負荷能力的主要依據。

3 變壓器安全過負荷運行條件

變壓器過負荷運行時,除考慮正常壽命損失,并注意繞組最熱點溫度不超過允許值外,還應考慮到套管、引線、焊接點和分接開關等組件的過負荷能力以及與變壓器連接的各種設備如電纜、斷路器、隔離開關、電流互感器等的允許過負荷、過電流能力。綜合考慮上述因素并結合我國變壓器目前的設計結構,推薦正常過負荷的最大值如下：油浸自冷、風冷變壓器為額定負荷的1.3倍;強油循環風冷,水冷變壓器為1.2倍;同時繞組最熱點溫度不超過120℃,對于載流部分和冷卻系統存在缺陷以及全天滿負荷運行的變壓器不宜過負荷運行。

為了減少停電損失,個別或部分變壓器將在較長的時間內周期性的過負荷運行。這時,整個運行期間的平均相對老化率可大于1,甚至遠大于1,將在不同程度上縮短變壓器的壽命,應盡量減少出現這種運行方式的次數;必須采用時,應盡量縮短運行的時間,降低過負荷倍數。

4 結 論

當系統發生事故時,保證不間斷供電是首要任務,變壓器絕緣加速是次要的,所以事故過負荷和正常過負荷不同,它是以犧牲變壓器壽命為代價的,絕緣老化率容許比正常過負荷時高得多。但是確定事故過負荷時,同樣要考慮繞組最熱點的溫度不要過高,避免引起事故擴大。和正常過負荷一樣,事故過負荷時繞組最熱點溫度不得超過120℃,過負荷倍數不得超過1.7。

為了使事故過負荷不致于過分減少變壓器的壽命或造成事故,油浸式變壓器事故過負荷的允許運行時間按不同的冷卻方式和環境溫度,可按照有關的規定或參照制造廠提供的數據運行。但應注意的是,此時應投入備用冷卻器。

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1672-0652(2010)增刊 -0026-02

李開天 男 1982年出生 2004年畢業于太原理工大學 助理工程師 古交 030206

2010-03-16