電力變壓器論文.doc

福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢 業(yè) 論 文 題目： 淺談變壓器抗短路能力 提高的方法 專業(yè)：發(fā)電廠及電力系統(tǒng) 年級：2015級大專函授 學(xué)生姓名：王貴元 學(xué)號：201501063 指導(dǎo)教師：黃朵成人教育中心 2017年7月21日目錄1 電力變壓器概述12 變壓器短路實(shí)驗(yàn)的分析33 提高電力變壓器抗短路能力的措施64 結(jié)束語8參考文獻(xiàn)9致謝9淺談變壓器抗短路能力提高的方法摘要2015年3月7日，石獅鴻山消防中隊(duì)接到群眾報(bào)警，稱位于石獅錦尚工業(yè)區(qū)附近一室外變壓器突然著火。接到報(bào)警后，該中隊(duì)立即出動2輛消防車趕赴現(xiàn)場撲救，十幾分鐘后火災(zāi)被撲滅。目前，起火原因正在進(jìn)一步調(diào)查中。2017年2月14日凌晨03時(shí)16分許，莆田荔城拱辰中隊(duì)接到報(bào)警稱：在荔城區(qū)拱辰街道幸福小區(qū)對面變壓器著火，中隊(duì)接到警后迅速趕赴現(xiàn)場。經(jīng)偵查和詢問得知變壓器已斷電，指揮員迅速下令警戒一組拉好警戒，防止無關(guān)人員進(jìn)入；滅火一組利用干粉滅火器進(jìn)行火勢控制；滅火二組從大力車單干線出一把水槍對明火進(jìn)行撲滅。為了防止復(fù)燃，消防官兵們又利用火鉤、鋤頭等工具進(jìn)行殘火、余火的消滅。 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)。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)行了探討。關(guān)鍵詞：電力變壓器 短路電流 策略 1 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)過程所示。其基本原理為在原方將工頻信號通過電力電子電路轉(zhuǎn)化為高頻信號，即升頻，然后通過中間高頻隔離變壓器耦合到副方，再還原成工頻信號，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。 2 變壓器短路實(shí)驗(yàn)的分析中國正在構(gòu)建安全可靠、經(jīng)濟(jì)高效的電網(wǎng)，未來將形成由四個(gè)同步電網(wǎng)（“三華”電網(wǎng)、東北電網(wǎng)、西北電網(wǎng)和南方電網(wǎng)）異步聯(lián)接構(gòu)成的全國互聯(lián)電網(wǎng)。特別是全國互聯(lián)電網(wǎng)后，短路容量增大，出口短路或近區(qū)短路對變壓器危害將更大。此外，風(fēng)電等新能源并網(wǎng)對短路也有新要求，并網(wǎng)點(diǎn)電壓跌落為 20%時(shí)要求短路穿越時(shí)間 0.625s；核電站主變還要求短路持續(xù)時(shí)間為 6s。無論是電力變壓器，還是風(fēng)電變壓器或核電變壓器，它們都要求優(yōu)異的抗短路能力。根據(jù)近 5 年國網(wǎng)公司系統(tǒng)變壓器事故原因統(tǒng)計(jì)分析，抗短路能力不足是造成變壓器損壞的首要原因。如何確保變壓器的抗短路能力，其一是對變壓器做短路試驗(yàn)；如一臺 110kV、 220kV 變壓器包含短路在內(nèi)的 KEMA 試驗(yàn)費(fèi)分別要一百多萬、二百多萬，這還不含運(yùn)費(fèi)。 在國內(nèi)，進(jìn)行短路試驗(yàn)的產(chǎn)品，近幾年已由制造廠送檢轉(zhuǎn)變?yōu)榫W(wǎng)省公司抽檢。其二要重視事故經(jīng)驗(yàn)記錄，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)參數(shù)并將其深入應(yīng)用在制造廠所使用的設(shè)計(jì)軟件中，使設(shè)計(jì)工作建立在大量經(jīng)驗(yàn)參數(shù)基礎(chǔ)上。要想獲得精確、可靠的參數(shù)，必須投入大量分析驗(yàn)證工作方可。由于運(yùn)輸尺寸、時(shí)間和資金限制，有些特大容量變壓器進(jìn)行短路試驗(yàn)很困難。圖 1 為 1996-2010 年荷蘭 KEMA 試驗(yàn)室統(tǒng)計(jì) 25MVA 以上容量變壓器短路試驗(yàn)。圖 1中，短路試驗(yàn)的變壓器每年遞增，順利通過短路試驗(yàn)的變壓器與容量關(guān)系不太大，25MVA以上變壓器短路試驗(yàn)通過率為 74%。1圖 1 25MVA 以上變壓器短路試驗(yàn)Fig.1 KEMA Transformer 25MVA Short circuit test 國內(nèi)外變壓器廠均開展了抗短路能力方面的相關(guān)研究，形成各自的核算模型，很多模型不具備通用性，不利于電網(wǎng)企業(yè)對在運(yùn)變壓器開展統(tǒng)一核算與分析工作。結(jié)合變壓器短路成功和失敗案例，綜合考慮運(yùn)行短路的累計(jì)效應(yīng)，有針對性開展變壓器抗短路能力校核評估，有利于制造廠和運(yùn)行單位準(zhǔn)確掌握變壓器性能，制定防止變壓器短路損壞的詳細(xì)措施，合理安排運(yùn)維、技改、大修和更新策略，保障電網(wǎng)主設(shè)備安全可靠運(yùn)行。 3 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。電網(wǎng)經(jīng)常由于雷擊、繼電保護(hù)誤動或拒動等造成短路，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)過程中應(yīng)采取的措施加以說明。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)測試變壓器繞組的形變，防患于未然。1.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)要求要有很高的制造工藝水平，應(yīng)對墊塊進(jìn)行密化處理，在線圈加工好后還要對單個(gè)線圈進(jìn)行恒壓干燥，并測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穩(wěn)定性能。2.對變壓器進(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)行過程中對設(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)，針對其薄弱環(huán)節(jié)加以改進(jìn)，以確保對變壓器結(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避免的事故，特別是10kv線路因誤操作、小動物進(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，對于系統(tǒng)短路跳閘后的自動重合或強(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)行部門根 據(jù)短路故障是否能瞬時(shí)自動消除的概率，對近區(qū)架空線（如2km以內(nèi)）或電纜線路取消使用重合間，或者適當(dāng)延長合間間隔時(shí)間以減少因重合閘不成而帶來的危害，并且應(yīng)盡量對短路跳閘的變壓器進(jìn)行試驗(yàn)檢查。在運(yùn)行中應(yīng)對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)。4.積極開展變壓器繞組的變形測試診斷 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)遇到雷電過電壓作用時(shí)便有可能發(fā)生匝間、餅間擊穿，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力作用而發(fā)生損壞事故。由于變壓器繞組變形測試儀價(jià)格昂貴，且對人員的素質(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)動作的正確性；其次，應(yīng)盡量對因短路跳閘的變壓器進(jìn)行試驗(yàn)檢查，可用頻率響應(yīng)法測試技術(shù)測量變壓器受到短路跳閘沖擊后的狀況，根據(jù)測試結(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。 4 結(jié)束語變壓器抗短路能力不足引發(fā)電力設(shè)備、電網(wǎng)事故，造成重大經(jīng)濟(jì)損失的現(xiàn)象已引起相關(guān)部門和單位的重視，變壓器抗短路能力的提高也是變壓器科技工作者需要不斷研究和解決的重大課題。目前，電力變壓器在設(shè)計(jì)、工藝、結(jié)構(gòu)、選型和運(yùn)行方面還存在許多問題，為提高電力變壓器抗短路能力，這些問題應(yīng)該引起變壓器制造單位和運(yùn)行單位的重視，這對于提高整體電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量有重大實(shí)際的意義。為提高電力變壓器抗短路能力應(yīng)采取的方法與措施還有很多，需要在以后的實(shí)踐中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)和完善。 參考文獻(xiàn)1 華中工學(xué)院，上海交通大學(xué).高電壓試驗(yàn)技術(shù)m.北京：水利電力出版社.19852劉傳彝，電路變壓器設(shè)計(jì)計(jì)算方法與實(shí)踐m.沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社.20023劉健，畢鵬翔，董海