淺析電力系統(tǒng)中變壓器抗短路能力提高辦法

萬(wàn)洪波+耿鵬鵬+李國(guó)強(qiáng)+謝雪瑩+劉偉

摘要：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。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面有很大的關(guān)系，本文就電力系統(tǒng)中變壓器抗短路能力的提高的問(wèn)題進(jìn)行探討。 研究表明：1）提高變壓器的抗短路沖擊能力，對(duì)增強(qiáng)變壓器的運(yùn)行可靠性具有重要的意義。2）變壓器經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)和工藝的改進(jìn)完全能承受突發(fā)短路電流的沖擊。措施前后阻抗電壓變化不超過(guò)2%，所有部件無(wú)松動(dòng)，線(xiàn)圈無(wú)異常變形。3）對(duì)運(yùn)行變壓器進(jìn)行強(qiáng)化改造后，其可靠性大大提高。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；變壓器；可靠性；抗短路能力

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(hù)的電能質(zhì)量，也關(guān)系到整個(gè)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(jì)制造、結(jié)構(gòu)材料，也與檢修維護(hù)密切相關(guān)。

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(guò)程所示。其基本原理為在原方將工頻信號(hào)通過(guò)電力電子電路轉(zhuǎn)化為高頻信號(hào)，即升頻，然后通過(guò)中間高頻隔離變壓器耦合到副方，再還原成工頻信號(hào)，即降頻。通過(guò)采用適當(dāng)?shù)目刂品桨竵?lái)控制電力電子裝置的工作，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(guò)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(dòng)或拒動(dòng)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(jì)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(jì)、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(guò)程中應(yīng)采取的措施加以說(shuō)明。運(yùn)行維護(hù)過(guò)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.規(guī)范設(shè)計(jì)，重視線(xiàn)圈制造的軸向壓緊工藝

制造廠(chǎng)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(xiàn)圈共用一個(gè)壓板，這種結(jié)構(gòu)要求要有很高的制造工藝水平，應(yīng)對(duì)墊塊進(jìn)行密化處理，在線(xiàn)圈加工好后還要對(duì)單個(gè)線(xiàn)圈進(jìn)行恒壓干燥，并測(cè)量出線(xiàn)圈壓縮后的高度；同一壓板的各個(gè)線(xiàn)圈經(jīng)過(guò)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(xiàn)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(xiàn)圈的壓緊情況外，還要特別注意低壓線(xiàn)圈壓緊情況的控制。由于徑向力的作用，往往使內(nèi)線(xiàn)圈向鐵心方向擠壓，故應(yīng)加強(qiáng)內(nèi)線(xiàn)圈與鐵心柱間的支撐，可通過(guò)增加撐條數(shù)目并采取厚一些的紙筒作線(xiàn)圈骨架等措施來(lái)提高線(xiàn)圈的徑向動(dòng)穩(wěn)定性能。

2.對(duì)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(guò)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(guò)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)。

3.使用可靠的繼電保護(hù)與自動(dòng)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(duì)避免的事故，特別是10KV線(xiàn)路因誤操作、小動(dòng)物進(jìn)入、外力以及用戶(hù)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。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(duì)于系統(tǒng)短路跳閘后的自動(dòng)重合或強(qiáng)行投運(yùn)，應(yīng)看到其不利的因素，否則有時(shí)會(huì)加劇變壓器的損壞程度，甚至失去重新修復(fù)的可能。目前已有些運(yùn)行部門(mén)根據(jù)短路故障是否能瞬時(shí)自動(dòng)消除的概率，對(duì)近區(qū)架空線(xiàn)（如2km以?xún)?nèi)）或電纜線(xiàn)路取消使用重合間，或者適當(dāng)延長(zhǎng)合間間隔時(shí)間以減少因重合閘不成而帶來(lái)的危害，并且應(yīng)盡量對(duì)短路跳閘的變壓器進(jìn)行試驗(yàn)檢查。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)。

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(kāi)展。因此，在實(shí)際工作中，依據(jù)變壓器繞組電容變化量來(lái)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(guò)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。

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(chǎng)家說(shuō)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(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(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面有很大的關(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)從多方面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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