電力變壓器提高抗短路能力的關(guān)鍵技術(shù)要素

【摘 要】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)行了論述。

【關(guān)鍵詞】變壓器；短路；措施

0 前言

電力變壓器主要是采用電力電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，其基本原理是將工頻信號(hào)通過電力電子電路轉(zhuǎn)化為高頻信號(hào)，即升頻，然后通過中間高頻隔離變壓器耦合后，再還原成工頻信號(hào)，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。

1 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，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。電網(wǎng)經(jīng)常由于繼電保護(hù)誤動(dòng)作或拒動(dòng)作等造成短路，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。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(shí)測(cè)試變壓器繞組的形變，防患于未然。

1.1 規(guī)范設(shè)計(jì)，重視線圈制造的軸向壓緊工藝

制造廠家在設(shè)計(jì)時(shí)，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(gè)壓板，這種結(jié)構(gòu)對(duì)制造工藝要求很高，應(yīng)對(duì)墊塊進(jìn)行密化處理，在線圈加工好后還要對(duì)單個(gè)線圈進(jìn)行恒壓干燥，并測(cè)量出線圈壓縮后的高度；同一壓板的各個(gè)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(shí)用油壓裝置對(duì)線圈施加規(guī)定的壓力，最終達(dá)到設(shè)計(jì)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(dòng)穩(wěn)定性能。

1.2 對(duì)變壓器進(jìn)行短路試驗(yàn)，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(duì)設(shè)備進(jìn)行各種試驗(yàn)，及時(shí)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(duì)其薄弱環(huán)節(jié)加以改進(jìn)，以確保對(duì)變壓器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)做到心中有數(shù)。

1.3 使用可靠的繼電保護(hù)

系統(tǒng)中的短路事故是竭力避免而又不能絕對(duì)避免的事故，特別是高壓線路因誤操作、小動(dòng)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(duì)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(dòng)作的正確性。在運(yùn)行中應(yīng)對(duì)遭受短路電流沖擊的變壓器進(jìn)行記錄，并計(jì)算短路電流的倍數(shù)。

1.4 積極開展變壓器繞組的變形測(cè)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)遇到過電壓作用時(shí)便有可能發(fā)生匝間擊穿，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(zhǎng)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(shí)，將承受不住巨大的電動(dòng)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(shí)發(fā)現(xiàn)有問題的變壓器，并有計(jì)劃地進(jìn)行驗(yàn)證和檢修，不但可節(jié)省大量的人力、物力，對(duì)防止變壓器事故的發(fā)生也有極其重要的作用。

頻率響應(yīng)分析法（FRA法）是一種先進(jìn)的繞組變形診斷方法，能夠檢測(cè)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(chǎng)使用的要求。測(cè)試原理如圖1所示，在繞組的一端口加入不同頻率的電壓信號(hào)Us，通過數(shù)字化記錄設(shè)備同時(shí)檢測(cè)繞組兩端的對(duì)地電壓信號(hào)U1（n）和U0（n），并按公式（1）進(jìn)行計(jì)算傳遞函數(shù)H（n）。

H（n）=201g■（1）

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(shí)，繞組的電感起主要作用，諧振點(diǎn)通常較少，對(duì)分布電容的變化較不敏感；當(dāng)頻率超過1MHZ時(shí)，繞組的電感又被分布電容所旁路，諧振點(diǎn)也會(huì)相應(yīng)減少，對(duì)電感的變化較不敏感，而且隨著頻率的提高，測(cè)試回路（引線）的雜散電容也會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成明顯影響。因此，選用10KZ～1MHZ的掃頻測(cè)量范圍和1000個(gè)左右的線性分布掃描頻點(diǎn)通常會(huì)獲得較好的測(cè)試效果。此時(shí)，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(cè)試儀價(jià)格昂貴，且對(duì)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(cè)電容量，及時(shí)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。

1.5 加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)進(jìn)行變壓器的安裝時(shí)，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(duì)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，降低短路故障的幾率。為盡量避免系統(tǒng)的短路故障，對(duì)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(dòng)作的正確性；其次，應(yīng)盡量對(duì)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(cè)試技術(shù)測(cè)量變壓器受到短路跳閘沖擊后的狀況，根據(jù)測(cè)試結(jié)果有目的地進(jìn)行檢查，這樣就可有效地避免重大事故的發(fā)生。

2 結(jié)語

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(jì)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(duì)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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