變壓器抗短路能力核算與治理

吳建濤

摘要：變壓器是電力能源輸送過(guò)程中非常重要的一個(gè)設(shè)備，變壓器裝置是否安全穩(wěn)定關(guān)系到安全用電。文章通過(guò)對(duì)變壓器抗短路能力核算進(jìn)行分析，探討提高變壓器抗短路能力的方法措施。

關(guān)鍵詞：變壓器;抗短路能力;能力核算;短路治理

1變壓器抗短路能力評(píng)估

在運(yùn)110kV變壓器抗短路能力的綜合評(píng)估主要從運(yùn)行情況、抗短路校核和繞組變形試驗(yàn)測(cè)試情況三大方面展開(kāi)。變壓器運(yùn)行情況評(píng)價(jià)，即主要考慮歷史沖擊情況對(duì)變壓器繞組的影響，并伴隨累積效應(yīng)?？苟搪沸：饲闆r是變壓器承受短路能力重要的因素，它是短路損壞的源頭。針對(duì)有結(jié)構(gòu)參數(shù)的變壓器，采用專(zhuān)業(yè)變壓器短路軟件進(jìn)行校核。主要過(guò)程包括：首先進(jìn)行變壓器短路電流計(jì)算，然后進(jìn)行繞組模型建立，再進(jìn)行繞組漏磁計(jì)算，最后進(jìn)行短路強(qiáng)度核算，得到變壓器的耐受短路電流值。對(duì)沒(méi)有結(jié)構(gòu)參數(shù)的變壓器進(jìn)行推測(cè)評(píng)估，采用三同原則：在同期、同容量、同阻抗的前提下，參考有結(jié)構(gòu)參數(shù)變壓器校核的結(jié)果進(jìn)行折中評(píng)估。變壓器繞組變形測(cè)試是比較直觀反映變壓器狀態(tài)的重要指標(biāo)。變壓器繞組變形測(cè)試包括：頻率響應(yīng)分析法（FRA）、低電壓阻抗法和部分電容測(cè)量法，充分利用各單位現(xiàn)有條件，進(jìn)行繞組變形測(cè)試，作為在運(yùn)110kV老舊變壓器抗短路能力評(píng)估手段的重要補(bǔ)充，本次評(píng)價(jià)主要考慮頻率響應(yīng)分析法（FRA）測(cè)試結(jié)果。

2計(jì)算方法

按照系統(tǒng)的具體運(yùn)行方式，110kV以上大型電力變壓器以及全部110kV的大型電力變壓器，使用系統(tǒng)等值阻抗方法實(shí)施短路電流水平的具體計(jì)算。計(jì)算中壓、中高、側(cè)母線的具體短路電流，會(huì)按照所在地區(qū)電力調(diào)度部門(mén)所供應(yīng)的具體年度運(yùn)行報(bào)告實(shí)施計(jì)算，系統(tǒng)等值結(jié)構(gòu)及變換過(guò)程如圖1、2所示。其中jXH、jXM分別為高、中壓系統(tǒng)等值阻抗;jXH1、jXM1分別為高、中壓系統(tǒng)正序等值阻抗;jXH0、jXM0分別為高、中壓系統(tǒng)零序等值阻抗;jXTH、jXTM、jXTL分別為變壓器高、中、低壓繞組等值阻抗;jXΔH、jXΔM分別為星角變換后變壓器高、中壓等值阻抗;jXTH-M、jXΔH-M分別為星角變換前后變壓器高—中壓等值阻抗;EH為系統(tǒng)高壓側(cè)等值電勢(shì)，EM為系統(tǒng)中壓側(cè)等值電勢(shì)。計(jì)算變壓器高、中壓母線三相短路電流可根據(jù)圖2a）的正序網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行，若令等值電勢(shì)EH=EM=1.0，則有式（1）成立。

式中：IFH1、IFM1分別為高、中壓母線三相短路正序電流;jXHE1、jXME1分別為從故障點(diǎn)看入的系統(tǒng)等值阻抗。

3變壓器抗短路能力治理措施

3.1有結(jié)構(gòu)參數(shù)產(chǎn)品的抗短路能力校核

在ELDINST專(zhuān)業(yè)變壓器短路機(jī)械力配套軟件以及計(jì)算軟件的基礎(chǔ)上實(shí)施計(jì)算，首先可以利用TOK驗(yàn)證軟件，完成變壓器短路電流的精確化計(jì)算，然后可以把該結(jié)果與系統(tǒng)阻抗相結(jié)合，進(jìn)而計(jì)算出各個(gè)分接情況之下的具體非對(duì)稱(chēng)短路電流以及穩(wěn)態(tài)短路電流。然后，完成變壓器的整體建模，并且認(rèn)為所有變壓器都屬于一個(gè)彈性系統(tǒng)。其次在YOKEBEAM軟件的基礎(chǔ)上完成出壓釘、壓板、器身墊塊以及托板等承壓結(jié)構(gòu)的具體剛度系數(shù)計(jì)算。最后使用ELDINST，對(duì)變壓器軸向以及幅向的具體漏磁分布、出變壓器的固有頻率等進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算驗(yàn)證主要包含：幅向剛度、幅向抗短路能力、幅向穩(wěn)定性、幅向彎曲抗短路能力、以及軸向抗短路能力等方面，同行業(yè)或者較早期考慮的比較全面。

3.2使用可靠性高的繼電保護(hù)

造成變壓器短路故障的因素有很多，比如說(shuō)外力破壞、異物侵入以及操作失當(dāng)?shù)?。想要完全杜絕這些問(wèn)題是非常困難的，因此工作人員要轉(zhuǎn)變思路，使用科學(xué)合理的繼電保護(hù)裝置提升供電線路的穩(wěn)定性。針對(duì)已經(jīng)投入運(yùn)行的變壓器，使用保護(hù)系統(tǒng)提供的直流電源來(lái)維持繼電保護(hù)裝置的正常運(yùn)行。就目前的技術(shù)能力而言，已經(jīng)投入使用的變壓器抵抗外部短路的能力不高，在跳閘之后可能出現(xiàn)強(qiáng)行投運(yùn)或者自動(dòng)合閘等問(wèn)題。想要解決這一問(wèn)題，相關(guān)部門(mén)要根據(jù)短路故障是否會(huì)自動(dòng)消除的概率，在近區(qū)架空線以及電纜線路中取消重合閘的運(yùn)用，同時(shí)也可以通過(guò)延長(zhǎng)間隔時(shí)間的方式來(lái)降低自動(dòng)重合閘所帶來(lái)?yè)p失[1]。

3.3高、低壓線圈繞制過(guò)程控制

第一，低壓線在圈繞制時(shí)，兩端需要預(yù)置檔板，關(guān)于線圈繞制中的整體軸向高度需要進(jìn)行控制。第二，需要將線圈層間絕緣部分由之前的點(diǎn)膠紙換成全膠紙，使得繞組出烘后的具體機(jī)械強(qiáng)度得到增加。第三，線圈繞制需要使用拉緊導(dǎo)線裝置，保障端面線匝具備緊密性。第四，高壓線圈兩端面需要使用雙H膠預(yù)烘實(shí)施定型，高壓線圈外表面需要使用一層無(wú)緯粘帶實(shí)施半疊繞，最終保障線圈機(jī)械強(qiáng)度得到增加。第五，高低壓線圈繞制完畢后，使用液壓千斤頂對(duì)線圈進(jìn)行軸向壓緊，然后使用恒壓干燥工藝完成線圈烘裝，最終對(duì)高以及低壓線圈高度差進(jìn)行控制。

3.4重視變壓器繞組變形的測(cè)試工作

一般情況下，短路故障電流沖擊變壓器后其繞組會(huì)發(fā)生變形的現(xiàn)象，即使當(dāng)時(shí)未發(fā)生任何問(wèn)題，也會(huì)留有一定的隱患，主要包括以下兩方面：一方面，變壓器絕緣距離會(huì)有所改變，固體絕緣性會(huì)受到不同程度的損傷，導(dǎo)致發(fā)生局部放電的情況;另一方面，在雷擊過(guò)電壓影響下出現(xiàn)匝間和餅間增加擊穿的可能性，導(dǎo)致發(fā)生突發(fā)性的絕緣故障。因此，變壓器繞組變形測(cè)試工作的重要性不言而喻，電力企業(yè)應(yīng)安排專(zhuān)業(yè)人員定時(shí)展開(kāi)此項(xiàng)工作，通過(guò)測(cè)試對(duì)變壓器有無(wú)故障問(wèn)題或者安全隱患進(jìn)行判斷，降低變壓器發(fā)生故障的概率。傳遞函數(shù)零點(diǎn)、極點(diǎn)分布與二端口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的元件和連接方法存在一定的聯(lián)系相關(guān)研究證實(shí)當(dāng)變壓器繞組介于10kHz—1MHz時(shí)諧振點(diǎn)較多，在頻率不超過(guò)10kHz時(shí)繞組電感作用較強(qiáng)，諧振點(diǎn)較少，分布電容變化敏感性相對(duì)較差;在頻率大于1MHz時(shí)繞組電感會(huì)被分布在電容所旁路，諧振點(diǎn)同樣會(huì)有所減少，電容變化不敏感，在頻率增大的情況下測(cè)試回路雜散電容會(huì)影響整體測(cè)試結(jié)果。變壓器繞組變形測(cè)試設(shè)備價(jià)格較高，對(duì)操作人員的專(zhuān)業(yè)水平有著較高的要求，為了保證繞組變形測(cè)試工作的順利進(jìn)行，工作人員可將變壓器繞組電容變化量作為依據(jù)對(duì)其是否發(fā)生變形的情況進(jìn)行判斷，用其對(duì)頻率響應(yīng)法進(jìn)行補(bǔ)充，在頻率響應(yīng)法不滿足有關(guān)條件時(shí)可使用橫向?qū)Ρ确e累和縱向?qū)Ρ确e累的方法對(duì)電容量進(jìn)行測(cè)試。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，隨著電力事業(yè)快速發(fā)展，變壓器的抗短路能力高低也受到更多關(guān)注，抗短路能力關(guān)系到整個(gè)供電線路能否穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于電力工作者而言，想要確保變壓器裝置的安全穩(wěn)定還需要從多方面提高裝置的抗短路能力，以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行水平。

參考文獻(xiàn)

[1]李小蓉，歐強(qiáng)，張曉斌，等.電力變壓器真型模型突發(fā)短路試驗(yàn)研究與分析[J].變壓器，2018，55（9）：39-43.