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電子變壓器經濟運行區的研究

2017-09-22  來自: 廣東恒安順電力設備服務有限公司 瀏覽次數:275

電力變壓器是應用極為廣泛的電氣設備,從發電、供電直到用電,一般需經過約5次變壓過程,每次變壓都要產生電能損耗。由于變壓器臺數多,總容量大,所以在電力系統中,變壓器的總損耗約占總發電量的8%。因此,對電力變壓器經濟運行區的研究具有意義。

變壓器綜合功率中的空載損耗為Poz,綜合功率中的額定負載損耗Pdz,變壓器綜合功率損耗為Pz=Poz 2Pdz,其中為變壓器負載率。因變壓器實際負載總是在一定范圍內變動,不能用某一個量值來評價其運行工況優劣,需要用運行區來評價,現分析如下:

1.單臺變壓器經濟運行區的確定

單臺變壓器綜合功率損耗率Pz%,如式(1)所示:

Pz%=Poz 2PdzSecos2 Poz 2Pdz (1)

根據上式可得變壓器綜合功率損耗率的特性曲線,如圖1所示。

由圖可見,負載系數在0z范圍內,Pz%為遞減函數,在z1范圍內,Pz%是遞增函數,但其曲率比遞減時小得多(變化比較平穩)。

變壓器長期滿載運行應視為安全合理的,因此,變壓器經濟運行區的確定原則應為:變壓器在額定負載條件下運行作為經濟運行區的上限值,故得出j1=1的數值。經濟運行區的下限對應的損耗率如圖1所示,要與額定損耗率相等。而變壓器在額定負載時(=100%),損耗率Pe%的計算式為

Pe%=Poz PdzSecose Poz Pdz  (2)

式中cose變壓器額定負載時的功率因數

當變壓器負載率為j2時,其綜合功率損耗率Pj2%的計算式為:

Pj2%=Poz j22Pdzj2Secos2 Poz j22Pdz   (3)

因為Pj2%=Pe%,所以可得下列關系式:

Poz PdzSecose Poz Pdz=Poz j22Pdzj2Secos2 Poz j22Pdz (4)

在上式中Secose》Poz Pdz,j2Secos2》Poz 2j2Pdz,故分母中的Poz Pdz和Poz 2j2Pdz可以略去不計,又因SecoseSecos2,所以式(4)可簡化為:Poz Pdz=Poz j22Pdzj2

由上式可解得:

j2=PozPdz=z2    (5)

結論:經濟運行區的上限j1=1;經濟運行區的下限j2=z2。

2.單臺變壓器經濟運行區優選運行段的確定

變壓器經濟運行區包括了變壓器額定負載在內的較大負載范圍,在這個范圍的邊緣(如接近j1,j2的負載系數),其損耗率與最低損耗率相比仍較高,有必要在經濟運行區內確定優選運行段。

確定優先運行段的目的,是為了保證在此負載范圍內,變壓器的綜合功率損耗率比低綜合功率損耗率增加會小于10%,從而實現高效降損的目標。

經過論證分析,根據國標《GB/T13462-92工礦企業電力變壓器經濟運行導則》,對變壓器經濟運行區的上限負載率定為z1=0.75。

根據變壓器綜合功率損耗率特性曲線,可以找到與z1=0.75時的對應點z2,z2即為經濟運行區的下限值,如圖2所示。

由圖2可知,變壓器分別在z1與z2運行時,其綜合功率損耗率是相等的,所以可得如下關系式:

Poz (0.75)2Pdz0.75Secos2 Poz (0.75)2Pdz=Poz z22Pdzz2Secos2 Poz z22Pdz

經化簡后可解得:

z2=2Poz1.5Pdz=1.333z2   (6)

結論:經濟運行區的上限z1=0.75;經濟運行區的下限z2=1.333z2。

綜上所述,以變壓器的實際綜合功率負載系數為據,可將變壓器運行區域分為三類:

①經濟運行區:1.333z2=z2z1=0.75;

②經濟運行區:z1=0.75j1=1及2z=j2z2=1.333z2;

③非經濟運行區:0z2。

電力變壓器的無勵磁分接開關亦稱無載調壓開關,它只能在變壓器停止運行,沒有激磁的情況下用來改變變壓器繞組的有效匝數,從而達到改變變比和變壓器輸出電壓的目的。因此,分接開關的觸點設計容量較小,也不需要采取滅弧措施,且開關操作也只限于手動就地操作。但是由于變壓器缺油,開關質量差、維護不同、使用不慎、調檔不到位等情況發生,將會使整臺變壓器燒壞。在我們所檢修的電力變壓器中。因無載分接開關故障導致電力變壓器損壞的約占25%。

1.故障原因

(1)變壓器滲油(導電桿螺帽不緊、箱蓋,油標密封墊,放油閥,焊縫等處)使無載分接開關裸露在空氣中,使之逐漸受潮。因為電力變壓器的油指示處在油枕中部,變壓器在運行中產生的碳化物受熱后又產生油焦等物質將油標呼吸孔堵死造成假油面,少量的變壓器油留在油標內,使人誤認為油面偏低而沒重視加油,時間一長,裸露的分接開關絕緣受潮后性能下降,導致放電短路,損壞變壓器。

(2)無載分接開關的制造質量差,結構不合理、壓力不夠、接觸不可靠,外部字輪位置與內部實際位置不完全一致,引起星形動觸頭位置不完全接觸,錯位的動、靜觸頭使兩抽頭間的絕緣距離變小,并在兩觸頭之間的電勢作用下發生短路或對地短路放電,短路電流很快就把抽頭線圈匝繞壞,甚至導致整個繞組損壞。

(3)運行中的變壓器無載分接開關長期浸在高于常溫的油中,特別是偏遠農村的線路長,電壓降大,使分接開關長期處于過負荷狀態中運行,油的老化可能引起分接開關觸頭出現碳化膜和油垢,觸頭發熱后使彈簧壓力降低(特別是觸環中彈簧、由于材料和制造工藝差,使彈性降低很快)或零件變形,分接開關的引線頭與接線螺絲松動等原因未及時處理,使導電部位接觸不良,接觸電阻增大,產生發熱和電弧燒傷,電弧還將產生大量氣體,分解出具有導電性能的碳化物和被熔化的銅微粒,噴涂在箱體、一、二次套管,繞組層間,匝間等處,引起短路燒壞變壓器。

(4)部分村電工對無載分接開關原理不清,又無測量用的工(器)具,在遠離變電所的農村電網中,電壓普遍偏低,村電工誤將原來無載分接開關從2檔調到1檔,發現電壓更低時,又將分接開關調到3檔位置,由于操作不慎引起分接開關不完全到位或扭斷動觸頭的絕緣軸,斷落的觸頭引起線間或對地短路,最終導致變壓器投入運行時,將高壓三相繞組燒壞。

(5)安裝工藝差,對各部位緊固螺栓的檢查不仔細,造成變壓器箱體進水,使分接開關絕緣,繞組絕緣受潮。還有運行維護不到位,沒有嚴格執行好《變壓器運行規程》,多數的變壓器從安裝到燒壞的幾年、十幾年中從沒進行常規維護和污垢的清理,導致變壓器散熱條件差而損壞。

2.檢測方法

(1)在變壓器交接、大修時、更換分接開關和運行2年后的變壓器,必須用兆歐表測量絕緣電阻值,用電橋測量直流電阻值,對630kVA以下的變壓器,要求直流電阻相間誤差值4%,線間誤差值2%。

計算公式Rz= 100%

式中RZ誤差值

RD最大電阻值

RC最小電阻值

(2)定期對變壓器絕緣油取樣化驗(送檢),經常檢查油枕中的實際油面位置,不要被假油指示所誤。

(3)倒、換無載分接開關前后,必須用電橋測量出前后兩次直流電阻值,并作好記錄。

觀察三相直流電阻是否平衡是否在允許范圍內,將倒換后的直流電阻與倒換前兩次記錄進行比較,判斷是否正常。通過比較可以診斷出是否存在上述故障,分析出原因后進行處理。

(4) 對運行中的變壓器無載分接開關就地調檔,在測試直流電阻的同時,還應測試變壓器上層油溫(因變壓器的繞組直流電阻與油溫有關),并把所測試的直流電阻值換算到20℃時的油溫值。

換算公式R20=Ra

式中R20換算為20℃時兩電阻值

T系數。(銅為235,鋁為228)

ta測量時變壓器的上層油溫

Ra溫度為ta時測得的電阻值

在測量時使用儀表準確度應不低于0.2級,大型變壓器應不低于0.05級。

(5)測量直流電阻時,應將連接導線截面選得大些,盡量縮短長度,接觸必須良好,用單臂電橋測量時,測量結果中還應減去測試線的電阻才是實際電阻值。測量完畢,先停檢流計,后停電池開關,以防燒壞電橋,倒換線時,必須將變壓器線圈放電,以防人身觸電。

3.檢修調試

(1)無載分接開關的檢修調試是在變壓器吊芯至露出分接開關后進行(為保證安全,在檢修開始前應將變壓器端蓋用方木或其他物品支撐的箱體上),首先,觀察觸頭與引線,觸柱與絕緣膠木是否有松動,動、靜觸頭壓力是否足夠。并可用手按壓試之,手感壓力應均勻,壓力過小的應更換彈簧,有條件也可用測力計測出壓力值,一般應在(24.5~49)104Pa( 2.5 ~5kg)/cm2之間,對于非運行檔,可以反復轉動分接開關,然后觀察是否有摩擦痕跡。

(2)外觀檢查可以發現用儀器不能發現的不正常故障,如運行中的無載分接開關動、靜觸頭的發熱、變色、變形或放電灼損的痕跡。發熱觸點周圍碳化,油垢積聚等現象,如發現這些不正常故障后,經過修整后不能達到無載分接開關質量標準的,必須更換新開關。

(3)新換無載分接開關后,應認真檢查分接開關所接的引線位置是否正確一致,要檢查鎖緊定位栓是否到位,再擰緊法蘭和三個密封螺絲,用搬手將分接開關向正、反方向各轉動5周以上,消除動、靜觸頭上的氧化膜,保證動、靜觸點接觸良好,在轉動觸點時應觀察指針位置與觸點實際位置是否正確。

(4)吊芯前所測試的直流電阻值可以作檢修或更換分接開關時的參考,如果接入繞組匝數少的一檔直流電阻反而比其他檔大時,為該檔接觸不良。假如某相的某一檔上直流電阻值比其余兩相的同一檔的電阻大,而在另外兩相各檔上的直流電阻基本相等時,則此檔就該重點檢查,分析故障原因后處理。若分接開關觸頭有臟物和油垢,用抹布或衛生紙揩拭干凈,觸點有放電灼損麻點或碳化物,要用#0細砂布擦光,動、靜觸點灼傷嚴重應更換新開關。

(5)分接開關向外滲油、若是耐油膠墊老化所致,應將其更換。是法蘭盤不緊或轉動處向外滲油,視情況進行處理。分接開關絕緣部分受潮后,必須取下烘干后進行耐壓試驗,6~1 0kV分接開關的兩觸點之間,觸點與地之間的交流耐壓值應2kV,35kV分接開關的交流耐壓值應5kV。若絕緣表面,芯內有擊穿和灼損的,必須更換新開關,在拆下開關之前,應注意將引線頭和接線柱加裝編號,記好方向,防止組裝時造成錯誤接線燒壞變壓器。

(6)高壓引線有斷裂,燒熔時,應檢查相間、線間的絕緣距離,對地距離,并根據情況加強絕緣和距離調整,對引線進行修復調整,將所有缺陷處理完后,用凱爾文雙臂電橋測量無載分接開關各個位置的觸點電阻應500,用2500V兆歐表測量觸點之間的絕緣電阻值,6 10kV分接開關應100M,35kV分接開關應2000M。

(7)分接開關在組裝,調試完畢后,再用雙臂電橋依次測量各檔位置的直流電阻值,并作好記錄,注意一定要將運行檔的直流電阻值放在后面一次測量、測試合格后,不要再切換無載分接開關位置。

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