電力變壓器提高抗短路能力的關鍵技術要素

【摘 要】本文就電力系統(tǒng)中變壓器抗短路能力的提高的問題進行了論述。

【關鍵詞】變壓器；短路；措施

0 前言

電力變壓器主要是采用電力電子技術實現(xiàn)的，其基本原理是將工頻信號通過電力電子電路轉化為高頻信號，即升頻，然后通過中間高頻隔離變壓器耦合后，再還原成工頻信號，即降頻。通過采用適當?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。

1 提高電力變壓器抗短路能力的措施

變壓器的安全、經(jīng)濟、可靠運行，取決于本身的制造質量和運行環(huán)境以及檢修質量。電網(wǎng)經(jīng)常由于繼電保護誤動作或拒動作等造成短路，短路電流的強大沖擊可能使變壓器受損，所以應從各方面努力提高變壓器的耐受短路能力。運行維護過程中：一方面，應盡量減少短路故障，從而減少變壓器所受沖擊的次數(shù)；另一方面，應及時測試變壓器繞組的形變，防患于未然。

1.1 規(guī)范設計，重視線圈制造的軸向壓緊工藝

制造廠家在設計時，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械強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壓板，這種結構對制造工藝要求很高，應對墊塊進行密化處理，在線圈加工好后還要對單個線圈進行恒壓干燥，并測量出線圈壓縮后的高度；同一壓板的各個線圈經(jīng)過上述工藝處理后，再調整到同一高度，并在總裝時用油壓裝置對線圈施加規(guī)定的壓力，最終達到設計和工藝要求的高度。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，往往使內線圈向鐵心方向擠壓，故應加強內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。

1.2 對變壓器進行短路試驗，防患于未然

大型變壓器的運行可靠性，首先取決于其結構和制造工藝水平，其次是在運行過程中對設備進行各種試驗，及時掌握設備的工況。要了解變壓器的機械穩(wěn)定性，可通過承受短路試驗，針對其薄弱環(huán)節(jié)加以改進，以確保對變壓器結構強度設計時做到心中有數(shù)。

1.3 使用可靠的繼電保護

系統(tǒng)中的短路事故是竭力避免而又不能絕對避免的事故，特別是高壓線路因誤操作、小動物進入、外力以及用戶責任等原因導致短路事故的可能性極大。因此對于已投入運行的變壓器，首先應配備可靠的供保護系統(tǒng)使用的直流電源，并保證保護動作的正確性。在運行中應對遭受短路電流沖擊的變壓器進行記錄，并計算短路電流的倍數(shù)。

1.4 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，導致局部放電發(fā)生。當遇到過電壓作用時便有可能發(fā)生匝間擊穿，導致突發(fā)性絕緣事故，甚至在正常運行電壓下，因局部放電的長期作用也可能引發(fā)絕緣擊穿事故。其次，繞組機械性能下降，當再次遭受短路事故時，將承受不住巨大的電動力作用而發(fā)生損壞事故。

因此，積極開展變壓器繞組變形的診斷工作，及時發(fā)現(xiàn)有問題的變壓器，并有計劃地進行驗證和檢修，不但可節(jié)省大量的人力、物力，對防止變壓器事故的發(fā)生也有極其重要的作用。

頻率響應分析法（FRA法）是一種先進的繞組變形診斷方法，能夠檢測到微弱的繞組變形，并且具有較強的抗干擾能力，適合現(xiàn)場使用的要求。測試原理如圖1所示，在繞組的一端口加入不同頻率的電壓信號Us，通過數(shù)字化記錄設備同時檢測繞組兩端的對地電壓信號U1（n）和U0（n），并按公式（1）進行計算傳遞函數(shù)H（n）。

H（n）=201g■（1）

傳遞函數(shù)H（jw）（即頻率響應特性）的零、極點分布情況與二端口網(wǎng)絡內的元件及連接方式等密切相關。大量試驗研究結果表明，變壓器繞組通常在10KZ～1MHZ的頻率范圍內具有較多的諧振點。當頻率低于10KHZ時，繞組的電感起主要作用，諧振點通常較少，對分布電容的變化較不敏感；當頻率超過1MHZ時，繞組的電感又被分布電容所旁路，諧振點也會相應減少，對電感的變化較不敏感，而且隨著頻率的提高，測試回路（引線）的雜散電容也會對測試結果造成明顯影響。因此，選用10KZ～1MHZ的掃頻測量范圍和1000個左右的線性分布掃描頻點通常會獲得較好的測試效果。此時，繞組內部的分布電感和電容均可發(fā)揮作用，其頻率響應特性具有較多的諧振點，能夠靈敏地反映出繞組電感、電容的變化情況。

由于變壓器繞組變形測試儀價格昂貴，且對人員的素質要求高，在生產(chǎn)運行中不易普遍開展。因此，在實際工作中，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，可以作為頻率響應法的有益補充。尤其在頻率響應法不具備條件的情況下，可以通過橫向、縱向對比積累的實測電容量，及時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)定的運行。

1.5 加強現(xiàn)場施工和運行維護中的檢查，使用可靠的短路保護系統(tǒng)

現(xiàn)場進行變壓器的安裝時，必須嚴格按照廠家說明和規(guī)范要求進行施工，嚴把質量關，對發(fā)現(xiàn)的隱患必須采取相應措施加以消除。運行維護人員應加強變壓器的檢查和維護保修管理工作，以保證變壓器處于良好的運行狀況，并采取相應措施，降低短路故障的幾率。為盡量避免系統(tǒng)的短路故障，對于己投運的變壓器，首先配備可靠的供保護系統(tǒng)使用的直流系統(tǒng)，以保證保護動作的正確性；其次，應盡量對因短路跳閘的變壓器進行試驗檢查，可用頻率響應法測試技術測量變壓器受到短路跳閘沖擊后的狀況，根據(jù)測試結果有目的地進行檢查，這樣就可有效地避免重大事故的發(fā)生。

2 結語

變壓器能否承受各種短路電流主要取決于變壓器結構設計和制造工藝，且與運行管理、運行條件及施工工藝水平等方而有很大的關系，變壓器短路事故對電網(wǎng)系統(tǒng)的運行危害極大，為避免事故的發(fā)生，應從多方而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)定運行。

[責任編輯：王迎迎]