Keywords:Power transformer
一、 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,其实现过程如图 1-1 所示。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。
二、提高电力变压器抗短路能力的措施
变压器的安全、经济、可靠运行与出力,取决于本身的制造质量和运行环境以及检修质量。本章试图回答在变压器运行维护过程中,有效预防变压器突发性故障的措施。 电网经常由于雷击、继电保护误动或拒动等造成短路,短路电流的强大冲击 可能使变压器受损,所以应从各方面努力提高变压器的耐受短路能力。变压器短 路冲击事故的统计结果表明,制造原因引起的占80%左右,而运行、维护原因引 起的仅占10%左右。有关设计、制造方面的措施在第二章已有论述,本章着重就 运行维护过程中应采取的措施加以说明。运行维护过程中,一方面应尽量减少短 路故障,从而减少变压器所受冲击的次数;另一方面应及时测试变压器绕组的形变,防患于未然。
2.1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机械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。由于径向力的作用,往往使内线圈向铁心方向挤压,故应加强内线圈与铁心柱间的支撑,可通过增加撑条数目并采取厚一些的纸筒作线圈骨架等措施来提高线圈的径向动稳定性能。
2. 2对变压器进行短路试验,以防患于未然
大型变压器的运行可靠性,首先取决于其结构和制造工艺水平,其次是在运行过程中对设备进行各种试验,及时掌握设备的工况。要了解变压器的机械稳定性,可通过承受短路试验,针对其薄弱环节加以改进,以确保对变压器结构强度设计时做到心中有数。
2.3使用可靠的继电保护与自动重合闸系统
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。目前己有些运行部门根 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。在运行中应对遭受短路电流冲击的变压器进行记录,并计算短路电流的倍数。
2.4积极开展变压器绕组的变形测试诊断
通常变压器在遭受短路故障电流冲击后,绕组将发生局部变形,即使没有立 即损坏,也有可能留下严重的故障隐患。首先,绝缘距离将发生改变,固体绝缘 受到损伤,导致局部放电发生。当遇到雷电过电压作用时便有可能发生匝间、饼 间击穿,导致突发性绝缘事故,甚至在正常运行电压下,因局部放电的长期作用 也可能引发绝缘击穿事故。其次,绕组机械性能下降,当再次遭受短路事故时, 将承受不住巨大的电动力作用而发生损坏事故。
因此,积极开展变压器绕组变形的诊断工作,及时发现有问题的变压器,并 有计划地进行吊罩验证和检修,不但可节省大量的人力、物力,对防止变压器事
故的发生也有极其重要的作用。
响应法频率响应分析法任(FRA法)是一种先进的绕组变形诊断方法,能够检测到微弱的绕组变形,并且具有较强的抗干扰能力,适合现场使用的要求。测试原理如图2-1所示,在绕组的一端口加入不同频率的电压信号Us,通过数字化记录设备同时检测绕组两端的对地电压信号U1(n)和U0(n),并按公式(2-1)进行计算传递函数H(n)。
传递函数H(jw)(即频率响应特性)的零、极点分布情况与二端口网络内的元件及连接方式等密切相关。大量试验研究结果表明,变压器绕组通常在10KZ~1MHZ的频率范围内具有较多的谐振点。当频率低于10KHZ时,绕组的电感起主要作用,谐振点通常较少,对分布电容的变化较不敏感;当频率超过1 MHZ时,绕组的电感又被分布电容所旁路,谐振点也会相应减少,对电感的变化较不敏感,而且随着频率的提高,测试回路(引线)的杂散电容也会对测试结果造成明显影响。因此,选用10KZ~1MHZ的扫频测量范围和1000个左右的线性分布扫描频点通常会获得较好的测试效果。此时,绕组内部的分布电感和电容均可发挥作用,其频率响应特性具有较多的谐振点,能够灵敏地反映出绕组电感、电容的变化情况。
由于变压器绕组变形测试仪价格昂贵,且对人员的素质要求高,在生产运行中不易普遍开展。因此,在实际工作中,依据变压器绕组电容变化量来判断绕组是否变形的方法,可以作为频率响应法的有益补充。尤其在频率响应法不具备条件的情况下,可以通过横向、纵向对比积累的实测电容量,及时掌握变压器绕组的工作状态,以便降低事故发生的概率,确保电网安全稳定的运行。
2.5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管理工作,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。
变压器能否承受各种短路电流主要取决于变压器结构设计和制造工艺,且与运行管理、运行条件及施工工艺水平等方而有很大的关系,变压器短路事故对电网系统的运行危害极大,为避免事故的发生,应从多方而采取有效的控制措施,以保证变压器及电网系统的安全稳定运行。
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