论文部分内容阅读
摘要：随着电力系统容量的不断增加，供电企业对电力系统供电可靠性的不断提高，变压器抗短路能力成为一个突出问题。一些不太能承受短路的变压器，很容易导致各种短路。据统计，近几年由于电力系统短路变压器变压器意外事故造成，占总事故的40％，为事故的总容量的27.4％左右。本文浅析电力变压器转换原理，以及提高变压器抗短路能力与保障安全稳定运行的一些具体措施。
关键词：电力变压器短路原因控制措施
Abstract: with the increasing capacity of power system, the power supply enterprise to power system improve the power supply reliability, transformer resistance to short-circuit the capacity to be a prominent problem. Some can not bear a short circuit transformer, it is easy to lead to a variety of short circuit. According to statistic, in recent years because the power system short circuit transformer transformer caused by accidents, 40% of the total accident, for the accident total capacity of about 27.4%. This article analyses the power transformer conversion principle, and to raise the ability of short circuit transformer and guarantee the safe and stable operation of some concrete measures.
Keywords: power transformer cause a short circuit control measures
中图分类号： TM41文献标识码：A文章编号：
1前言
电力变压器在系统中运行时,发生短路故障难以绝对避免。短路故障包括三相短路、两相短路、两相接地和相对地故障,特别是出口(首端)短路。巨大的过电流产生的电动力,因其与电流的平方成正比,将增大数百倍,对变压器的危害极大。特别是最近几年,随着电力系统供电负荷的增加,单台变压器容量的增大,供电范围趋向密集,变压器在系统运行时的短路事故极高。另外,当变压器系统防雷设施设置不合理时,如变压器抗短路能力差,则配电线路进雷会造成二次直流保险熔断,低压开关和母排烧熔,使高低压绕组变形,也会损坏变压器套管等外部配件,严重的会导致变压器整体报废。据统计,110 kV及以上变压器外部短路事故已占变压器所有事故的32%以上,因变压器短路造成的事故已成为变压器事故的首要原因。因此,提高电力变压器抗短路能力,减少变压器事故,显得尤为重要。本文通过对电力变压器短路故障原因的分析,提出了电力变压器在设计、工艺和结构方面提高抗短路能力的方法与措施。
2电力变压器概述
电子电力变压器主要是采用电力电子技术实现的，其基本原理为在原方将工频信号通过电力电子电路转化为高频信号，即升频，然后通过中间高频隔离变压器耦合到副方，再还原成工频信号，即降频。通过采用适当的控制方案来控制电力电子装置的工作，从而将一种频率、电压、波形的电能变换为另一种频率、电压、波形的电能。由于中间隔离变压器的体积取决于铁芯材质的饱和磁通密度以及铁芯和绕组的最大允许温升，而饱和磁通密度与工作频率成反比，这样提高其工作频率就可提高铁芯的利用率，从而减小变压器的体积并提高其整体效率。
3变压器短路故障原因分析
因变压器出口短路导致变压器内部故障和事故的原因很多，也比较复杂，它与结构设计、原材料的质量、工艺水平、运行工况等因数有关，但电磁线的选用是关键。从近几年解剖变压器，对其事故进行分析来看，与电磁线有关的大致有以下几个原因。
3.1抗短路能力计算时没有考虑温度对电磁线的抗弯和抗拉强度的影响。按常温下设计的抗短路能力不能反映实际运行情况，根据试验结果，电磁线的温度对其屈服极限0.2影响很大，随着电磁线的温度提高，其抗弯、抗拉强度及延伸率均下降，在250℃下抗弯抗拉强度要比在50℃时下降10%以上，延伸率则下降40%以上。而实际运行的变压器，在额定负荷下，绕组平均温度可达105℃，最热点温度可达118℃。一般变压器运行时均有重合闸过程，因此如果短路点一时无法消失的话，将在非常短的时间内(0.8s)紧接着承受第二次短路冲击，但由于受第一次短路电流冲击后绕组温度急剧增高，根据GBl094的规定，最高允许250℃，这时绕组的抗短路能力己大幅度下降，这就是为什么变压器重合闸后发生短路事故居多的原因之一。
3.2采用普通换位导线，抗机械强度较差，在承受短路机械力时，易出现变形、散股、露铜现象。采用普通换位导线时，由于电流大，换位爬坡陡，该部位会产生较大的扭矩，同时处在绕组二端的线饼，由于幅向和轴向漏磁场的共同作用，也会产生较大的扭矩，致使扭曲变形。如杨高500kV变压器的A相公共绕组共有71个换位，由于采用了较厚的普通换位导线，其中有66个换位有不同程度的变形。另外吴泾1l号主变，也是由于采用普通换位导线，在铁心轭部部位的高压绕组二端线饼均有不同翻转露线的现象。
3.3采用软导线，也是造成变压器抗短路能力差的主要原因之一。由于早期对此认识不足，或绕线装备及工艺上的困难，制造厂均不愿使用半硬导线或设计时根本无这方面的要求，从发生故障的变压器来看均是软导线。
3.4作用在各绕组或各档预紧力不均匀，短路冲击时造成线饼的跳动，致使作用在电磁线上的弯应力过大而发生变形。
4提高电力变压器抗短路能力的措施
4.1规范设计
重视线圈制造的轴向压紧工艺。制造厂家在设计时，除要考虑变压器降低损耗，提高绝缘水平外，还要考虑到提高变压器的强度和抗短路故障能力。在制造工艺方面，由于很多变压器都采用了绝缘压板，且高低压线圈共用一个压板，这种结构要求要有很高的制造工艺水平，应对垫块进行密化处理，在线圈加工好后还要对单个线圈进行恒压干燥,并测量出线圈压缩后的高度；同一压板的各个线圈经过上述工艺处理后，再调整到同一高度，并在总装时用油压装置对线圈施加规定的压力，最终达到设计和工艺要求的高度。在总装配中，除了要注意高压线圈的压紧情况外，还要特别注意低压线圈压紧情况的控制。
4.2使用可靠的继电保护与自动重合闸系統
系统中的短路事故是人们竭力避免而又不能绝对避免的事故，特别是10KV线路因误操作、小动物进入、外力以及用户责任等原因导致短路事故的可能性极大。因此对于已投入运行的变压器，首先应配备可靠的供保护系统使用的直流电源，并保证保护动作的正确性。结合目前运行中变压器杭外部短路强度较差的情况，对于系统短路跳闸后的自动重合或强行投运，应看到其不利的因素，否则有时会加剧变压器的损坏程度，甚至失去重新修复的可能。目前已有些运行部门根据短路故障是否能瞬时自动消除的概率，对近区架空线（如2km以内）或电缆线路取消使用重合问，或者适当延长合间间隔时间以减少因重合闸不成而带来的危害，并且应尽量对短路跳闸的变压器进行试验检查。
4.3防止电压出口短路
4.3.1变压器的低压侧安装绝缘热缩套管。对变压器,35千伏电压偏低及以下,只要插座硬总线使用,从变压器出口终端桩头直至开关,包括在室内的高压开关设备母线底部的开关,加拿大所有已安装的绝缘热缩套管。如果总线使用的是软的,可以出口码头附近的变压器套管头和桩墙的热绝缘热缩套管安装。这将有效地防止小动物引起的电压。
4.3.2对变压器,35千伏的电压或10KV级变压器低压侧中性点,因为它是小电流接地系统,它应该采取有效措施,防止单相接地时发生共振的电压,导致绝缘击穿,造成变压器短路出口。
4.3.3在变压器的低压侧柱瓷瓶,包括高压开关设备可更换大爬距瓷瓷瓶污染防治,或刷牙闪络室温固化硅橡胶涂层(英文版),以防止绝缘击穿电压换造成的。闪络室温固化硅橡胶涂料应符合DL/T627-1997标准。
4.3.4变压器由一个较大的分断能力,缺乏能力交换机取代低压侧开关,以防止破坏所造成的电压开关由爆炸引起的。
4.3.5变压器、母线和线路避雷器取代良好的氧化锌避雷器,从根本上改善过电压装备水平。
4.3.6不断提高变压器保护的配置。尽可能采取计算机为基础的变壓器继电保护,双为尽可能安装母线保护,失效保护和提高保护动作的可靠性,灵敏性和流动性以及速度性。在变压器的低压侧应配备有限的高速电路保护,动作时间应<0.5秒。为确保变压器短路发生时,出口,可靠,快速切除故障,减少对出口的影响短路和损坏的变压器。
4.4加强现场施工和运行维护中的检查，使用可靠的短路保护系统
现场进行变压器的安装时，必须严格按照厂家说明和规范要求进行施工，严把质量关，对发现的隐患必须采取相应措施加以消除。运行维护人员应加强变压器的检查和维护保修工作，以保证变压器处于良好的运行状况，并采取相应措施，降低出口和近区短路故障的几率。为尽量避免系统的短路故障，对于己投运的变压器，首先配备可靠的供保护系统使用的直流系统，以保证保护动作的正确性；其次，应尽量对因短路跳闸的变压器进行试验检查，可用频率响应法测试技术测量变压器受到短路跳闸冲击后的状况，根据测试结果有目的地进行吊罩检查，这样就可有效地避免重大事故的发生。
5结语
由于变压器绕组变形测试仪价格昂贵，对人员素质，一般很难进行生产经营的要求。因此，在实际工作中，根据变化的变压器绕组电容，以确定是否绕组变形法，频率响应法可以作为一个有益的补充使用。特别是，频率响应方法没有条件的，可以横向，纵向比较所测积累电容，变压器绕组掌握工作状态，以减少事故的可能性，以确保安全与稳定电网运行。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：电力变压器短路原因控制措施
Abstract: with the increasing capacity of power system, the power supply enterprise to power system improve the power supply reliability, transformer resistance to short-circuit the capacity to be a prominent problem. Some can not bear a short circuit transformer, it is easy to lead to a variety of short circuit. According to statistic, in recent years because the power system short circuit transformer transformer caused by accidents, 40% of the total accident, for the accident total capacity of about 27.4%. This article analyses the power transformer conversion principle, and to raise the ability of short circuit transformer and guarantee the safe and stable operation of some concrete measures.
Keywords: power transformer cause a short circuit control measures
中图分类号： TM41文献标识码：A文章编号：
1前言
电力变压器在系统中运行时,发生短路故障难以绝对避免。短路故障包括三相短路、两相短路、两相接地和相对地故障,特别是出口(首端)短路。巨大的过电流产生的电动力,因其与电流的平方成正比,将增大数百倍,对变压器的危害极大。特别是最近几年,随着电力系统供电负荷的增加,单台变压器容量的增大,供电范围趋向密集,变压器在系统运行时的短路事故极高。另外,当变压器系统防雷设施设置不合理时,如变压器抗短路能力差,则配电线路进雷会造成二次直流保险熔断,低压开关和母排烧熔,使高低压绕组变形,也会损坏变压器套管等外部配件,严重的会导致变压器整体报废。据统计,110 kV及以上变压器外部短路事故已占变压器所有事故的32%以上,因变压器短路造成的事故已成为变压器事故的首要原因。因此,提高电力变压器抗短路能力,减少变压器事故,显得尤为重要。本文通过对电力变压器短路故障原因的分析,提出了电力变压器在设计、工艺和结构方面提高抗短路能力的方法与措施。
2电力变压器概述
电子电力变压器主要是采用电力电子技术实现的，其基本原理为在原方将工频信号通过电力电子电路转化为高频信号，即升频，然后通过中间高频隔离变压器耦合到副方，再还原成工频信号，即降频。通过采用适当的控制方案来控制电力电子装置的工作，从而将一种频率、电压、波形的电能变换为另一种频率、电压、波形的电能。由于中间隔离变压器的体积取决于铁芯材质的饱和磁通密度以及铁芯和绕组的最大允许温升，而饱和磁通密度与工作频率成反比，这样提高其工作频率就可提高铁芯的利用率，从而减小变压器的体积并提高其整体效率。
3变压器短路故障原因分析
因变压器出口短路导致变压器内部故障和事故的原因很多，也比较复杂，它与结构设计、原材料的质量、工艺水平、运行工况等因数有关，但电磁线的选用是关键。从近几年解剖变压器，对其事故进行分析来看，与电磁线有关的大致有以下几个原因。
3.1抗短路能力计算时没有考虑温度对电磁线的抗弯和抗拉强度的影响。按常温下设计的抗短路能力不能反映实际运行情况，根据试验结果，电磁线的温度对其屈服极限0.2影响很大，随着电磁线的温度提高，其抗弯、抗拉强度及延伸率均下降，在250℃下抗弯抗拉强度要比在50℃时下降10%以上，延伸率则下降40%以上。而实际运行的变压器，在额定负荷下，绕组平均温度可达105℃，最热点温度可达118℃。一般变压器运行时均有重合闸过程，因此如果短路点一时无法消失的话，将在非常短的时间内(0.8s)紧接着承受第二次短路冲击，但由于受第一次短路电流冲击后绕组温度急剧增高，根据GBl094的规定，最高允许250℃，这时绕组的抗短路能力己大幅度下降，这就是为什么变压器重合闸后发生短路事故居多的原因之一。
3.2采用普通换位导线，抗机械强度较差，在承受短路机械力时，易出现变形、散股、露铜现象。采用普通换位导线时，由于电流大，换位爬坡陡，该部位会产生较大的扭矩，同时处在绕组二端的线饼，由于幅向和轴向漏磁场的共同作用，也会产生较大的扭矩，致使扭曲变形。如杨高500kV变压器的A相公共绕组共有71个换位，由于采用了较厚的普通换位导线，其中有66个换位有不同程度的变形。另外吴泾1l号主变，也是由于采用普通换位导线，在铁心轭部部位的高压绕组二端线饼均有不同翻转露线的现象。
3.3采用软导线，也是造成变压器抗短路能力差的主要原因之一。由于早期对此认识不足，或绕线装备及工艺上的困难，制造厂均不愿使用半硬导线或设计时根本无这方面的要求，从发生故障的变压器来看均是软导线。
3.4作用在各绕组或各档预紧力不均匀，短路冲击时造成线饼的跳动，致使作用在电磁线上的弯应力过大而发生变形。
4提高电力变压器抗短路能力的措施
4.1规范设计
重视线圈制造的轴向压紧工艺。制造厂家在设计时，除要考虑变压器降低损耗，提高绝缘水平外，还要考虑到提高变压器的强度和抗短路故障能力。在制造工艺方面，由于很多变压器都采用了绝缘压板，且高低压线圈共用一个压板，这种结构要求要有很高的制造工艺水平，应对垫块进行密化处理，在线圈加工好后还要对单个线圈进行恒压干燥,并测量出线圈压缩后的高度；同一压板的各个线圈经过上述工艺处理后，再调整到同一高度，并在总装时用油压装置对线圈施加规定的压力，最终达到设计和工艺要求的高度。在总装配中，除了要注意高压线圈的压紧情况外，还要特别注意低压线圈压紧情况的控制。
4.2使用可靠的继电保护与自动重合闸系統
系统中的短路事故是人们竭力避免而又不能绝对避免的事故，特别是10KV线路因误操作、小动物进入、外力以及用户责任等原因导致短路事故的可能性极大。因此对于已投入运行的变压器，首先应配备可靠的供保护系统使用的直流电源，并保证保护动作的正确性。结合目前运行中变压器杭外部短路强度较差的情况，对于系统短路跳闸后的自动重合或强行投运，应看到其不利的因素，否则有时会加剧变压器的损坏程度，甚至失去重新修复的可能。目前已有些运行部门根据短路故障是否能瞬时自动消除的概率，对近区架空线（如2km以内）或电缆线路取消使用重合问，或者适当延长合间间隔时间以减少因重合闸不成而带来的危害，并且应尽量对短路跳闸的变压器进行试验检查。
4.3防止电压出口短路
4.3.1变压器的低压侧安装绝缘热缩套管。对变压器,35千伏电压偏低及以下,只要插座硬总线使用,从变压器出口终端桩头直至开关,包括在室内的高压开关设备母线底部的开关,加拿大所有已安装的绝缘热缩套管。如果总线使用的是软的,可以出口码头附近的变压器套管头和桩墙的热绝缘热缩套管安装。这将有效地防止小动物引起的电压。
4.3.2对变压器,35千伏的电压或10KV级变压器低压侧中性点,因为它是小电流接地系统,它应该采取有效措施,防止单相接地时发生共振的电压,导致绝缘击穿,造成变压器短路出口。
4.3.3在变压器的低压侧柱瓷瓶,包括高压开关设备可更换大爬距瓷瓷瓶污染防治,或刷牙闪络室温固化硅橡胶涂层(英文版),以防止绝缘击穿电压换造成的。闪络室温固化硅橡胶涂料应符合DL/T627-1997标准。
4.3.4变压器由一个较大的分断能力,缺乏能力交换机取代低压侧开关,以防止破坏所造成的电压开关由爆炸引起的。
4.3.5变压器、母线和线路避雷器取代良好的氧化锌避雷器,从根本上改善过电压装备水平。
4.3.6不断提高变压器保护的配置。尽可能采取计算机为基础的变壓器继电保护,双为尽可能安装母线保护,失效保护和提高保护动作的可靠性,灵敏性和流动性以及速度性。在变压器的低压侧应配备有限的高速电路保护,动作时间应<0.5秒。为确保变压器短路发生时,出口,可靠,快速切除故障,减少对出口的影响短路和损坏的变压器。
4.4加强现场施工和运行维护中的检查，使用可靠的短路保护系统
现场进行变压器的安装时，必须严格按照厂家说明和规范要求进行施工，严把质量关，对发现的隐患必须采取相应措施加以消除。运行维护人员应加强变压器的检查和维护保修工作，以保证变压器处于良好的运行状况，并采取相应措施，降低出口和近区短路故障的几率。为尽量避免系统的短路故障，对于己投运的变压器，首先配备可靠的供保护系统使用的直流系统，以保证保护动作的正确性；其次，应尽量对因短路跳闸的变压器进行试验检查，可用频率响应法测试技术测量变压器受到短路跳闸冲击后的状况，根据测试结果有目的地进行吊罩检查，这样就可有效地避免重大事故的发生。
5结语
由于变压器绕组变形测试仪价格昂贵，对人员素质，一般很难进行生产经营的要求。因此，在实际工作中，根据变化的变压器绕组电容，以确定是否绕组变形法，频率响应法可以作为一个有益的补充使用。特别是，频率响应方法没有条件的，可以横向，纵向比较所测积累电容，变压器绕组掌握工作状态，以减少事故的可能性，以确保安全与稳定电网运行。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。