一起220kV變壓器異常聲響分析

段 劍,魏東亮,何曉陽,武 坤

(國網(wǎng)河北省電力公司,石家莊 050000)

一起220kV變壓器異常聲響分析

段 劍,魏東亮,何曉陽,武 坤

(國網(wǎng)河北省電力公司,石家莊 050000)

針對(duì)一起220kV變電壓投運(yùn)后異常聲響問題,分析常規(guī)試驗(yàn)數(shù)據(jù),認(rèn)為變壓器噪聲增大的主要原因是電網(wǎng)系統(tǒng)中的直流分量,通過噪聲聲級(jí)增加值和直流偏磁電流關(guān)系曲線和噪聲頻譜分析驗(yàn)證了這一結(jié)論,并提出了后續(xù)解決措施。

變壓器;異常聲響;直流分量

1 故障情況

國網(wǎng)河北省電力公司某220kV變電站2015年2月1日投入運(yùn)行,其中包含2號(hào)、3號(hào)兩臺(tái)主變壓器,2月2日運(yùn)行人員在進(jìn)行投運(yùn)后例行巡視時(shí)發(fā)現(xiàn)2號(hào)主變壓器噪聲明顯高于3號(hào)主變壓器(投運(yùn)后運(yùn)行方式2號(hào)主變壓器中性點(diǎn)直接接地, 3號(hào)主變壓器中性點(diǎn)不接地)。2月12日晚2號(hào)主變壓器退出運(yùn)行,3號(hào)主變壓器中性點(diǎn)經(jīng)隔離刀直接接地,發(fā)現(xiàn)3號(hào)主變壓器噪聲變大,與2號(hào)主變壓器噪聲聲級(jí)一致。

2 故障檢測(cè)

2.1 2臺(tái)220kV變壓器基本參數(shù)

型號(hào):SFSZ10-180000/220;

額定電壓:230±8×1.25%/121/11kV;

額定容量:180/180/90 MVA;

聯(lián)結(jié)組別:YNyn0d11;

主分接阻抗:14%/48%/33%。

2.2 相關(guān)檢測(cè)結(jié)果

對(duì)2號(hào)主變壓器、2號(hào)主變壓器的油色譜分析和鐵心夾件接地電流進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果均無異常。

測(cè)量2臺(tái)變壓器平均噪聲,2號(hào)主變壓器為81 dB(室內(nèi)測(cè)量未修正,后同),3號(hào)主變壓器為69 dB。

測(cè)量2號(hào)主變壓器退出運(yùn)行后3號(hào)主變壓器高壓中性點(diǎn)的直流電流,檢測(cè)到直流電流1.16 A (DC),測(cè)量3號(hào)主變壓器噪聲聲級(jí)變?yōu)?5.1 dB。

2.3 噪聲聲級(jí)修正

2臺(tái)變壓器出廠試驗(yàn)噪聲聲級(jí)分別為59.2 dB和59.4 dB,該變電站變壓器室為混凝土室,其吸聲系數(shù)α為0.05。寬12 m,長(zhǎng)15 m,高16 m,聲反射表面積AU為1 044 m2。主變壓器外形尺寸為寬3 m,長(zhǎng)11.6 m,高3.47 m,發(fā)聲表面積AT為136.1 m2。

依據(jù)《電力變壓器聲級(jí)測(cè)量應(yīng)用導(dǎo)則》,聲壓級(jí)分貝數(shù)的增加值近似計(jì)算公式:

計(jì)算可得主變壓器在變壓器室內(nèi)運(yùn)行,可測(cè)噪聲聲級(jí)增加了10.4dB。3號(hào)主變壓器中性點(diǎn)未直接接地運(yùn)行時(shí)的噪聲修正為58.6dB,與出廠試驗(yàn)數(shù)值基本一致。

3 噪聲聲級(jí)增大的原因分析

從現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)看,3號(hào)主變壓器未直接接地運(yùn)行時(shí)的噪聲聲級(jí)為69dB,中性點(diǎn)經(jīng)隔離刀直接接地后主變?cè)肼暵暭?jí)變?yōu)?5.1dB。

變壓器的噪聲主要來自變壓器鐵心的磁滯伸縮,磁滯伸縮率越大,噪聲越大。該變電站在進(jìn)行相關(guān)檢測(cè)時(shí)3號(hào)主變壓器近乎空載,噪聲明顯是由鐵心的磁滯伸縮所引起的電磁噪聲。通過檢測(cè)到的直流電流綜合分析,推測(cè)電網(wǎng)系統(tǒng)中存在直流分量,直流電流經(jīng)變壓器繞組流入地殼,鐵心中產(chǎn)生直流磁通分量,與交流磁通疊加導(dǎo)致磁通發(fā)生半波飽和,半波磁滯伸縮峰值增大,加劇了鐵心振動(dòng)噪聲,是造成變壓器噪聲聲級(jí)增大的原因。為驗(yàn)證這一推測(cè),進(jìn)行了以下驗(yàn)證。

3.1 噪聲聲級(jí)增加值與直流電流間的關(guān)系

在《電力變壓器聲級(jí)測(cè)量應(yīng)用導(dǎo)則》中明確指出直流偏磁可以導(dǎo)致噪聲聲級(jí)明顯增加,噪聲聲級(jí)增加值和直流偏磁電流與空載電流之比相關(guān),并給出大型電力變壓器關(guān)系曲線,見圖1。

圖1 電力變壓器噪聲聲級(jí)增加值和直流偏磁電流與空載電流之比關(guān)系曲線

圖中,X軸代表直流偏磁電流與空載電流的比值; Y軸代表總聲級(jí)的增加量(dB)。

該變電站3號(hào)主變壓器可測(cè)中性點(diǎn)直流電流1.16A,每相直流電流0.39A,出廠試驗(yàn)中空載電流標(biāo)幺值是0.05%,高壓側(cè)額定電流為472.4A,高壓側(cè)空載勵(lì)磁電流0.24A,直流偏磁電流與空載電流之比為1.6,查圖1可知,噪聲聲級(jí)增加約為13dB。實(shí)際測(cè)量結(jié)果,中性點(diǎn)不接地運(yùn)行時(shí)噪聲為69dB,中性點(diǎn)接地后噪聲增加到85dB,實(shí)際增加16dB,噪聲聲級(jí)的理論增加值與實(shí)際增加值基本一致。

3.2 噪聲頻譜分析

變壓器的噪聲與鐵心的振動(dòng)速度有關(guān)及與磁滯伸縮的時(shí)間導(dǎo)數(shù)有關(guān)。由于磁滯伸縮的變化周期是勵(lì)磁電源變化的半個(gè)周期,所以振動(dòng)噪聲是以2倍的勵(lì)磁電源頻率為其基波頻率的即100 Hz。又因?yàn)榇艤炜s的非線性和多級(jí)鐵心、鐵軛等原因,使磁通飽和含有高次諧波分量。所以常規(guī)電力變壓器噪聲頻譜中除了基波頻率100Hz噪聲外,還包含有基頻整數(shù)倍的高頻噪聲,也就是說正常噪聲以偶數(shù)倍勵(lì)磁電源頻率為主,且其基頻波不是噪聲聲波的最主要分量。

變壓器在直流偏磁下,鐵心在半個(gè)周波內(nèi)急劇飽和,勵(lì)磁電流出現(xiàn)奇次和偶次波,相應(yīng)的噪聲頻譜會(huì)同時(shí)含有奇次和偶次波分量。因此,測(cè)試變壓器噪聲頻譜,根據(jù)噪聲頻譜中的奇次波組分,可以分析噪聲的來源是由直流偏磁引起。

利用頻譜分析儀Spectrumanalyzer測(cè)量分析。三相220kV電力變壓器常規(guī)空載試驗(yàn)時(shí)噪聲頻譜如圖2所示,該站3號(hào)主變壓器噪聲頻譜分析如圖3所示。

圖2 常規(guī)空載試驗(yàn)噪聲幅-頻分析

圖3 該變電站主變?cè)肼暦?頻分析

利用MATLAB仿真分析,三相220kV電力變壓器常規(guī)空載試驗(yàn)時(shí)噪聲頻譜如圖4所示,該

站3號(hào)主變壓器噪聲頻譜分析如圖5所示。

圖4 常規(guī)空載試驗(yàn)噪聲幅-頻分析

圖5 該站主變?cè)肼暦?頻分析

分析以上頻譜可知,電力變壓器常規(guī)試驗(yàn)狀態(tài)下空載噪聲主要以50Hz的偶數(shù)倍頻率為主,其中300Hz是主要頻率。該變電站3號(hào)主變壓器噪聲頻譜明顯包含偶次波和奇次波噪聲,這是因?yàn)樵谥绷髌抛饔孟?勵(lì)磁電流發(fā)生半波飽和,不僅含有偶次諧波還出現(xiàn)奇次諧波分量,對(duì)應(yīng)半個(gè)周波的鐵心過度飽和,明顯產(chǎn)生了奇次波和偶次波噪聲,符合直流偏磁狀態(tài)下變壓器噪聲頻譜特征。

4 直流偏磁對(duì)變壓器的影響

變壓器的勵(lì)磁特性曲線呈現(xiàn)典型的非線性,在正常條件下,變壓器主要運(yùn)行在該特性曲線的飽和點(diǎn)附近[1]。當(dāng)變壓器繞組中流經(jīng)直流電流時(shí),就會(huì)在鐵心中產(chǎn)生直流磁勢(shì),導(dǎo)致磁滯工作回線單方向偏離坐標(biāo)原點(diǎn),鐵心中出現(xiàn)直流磁通分量,勵(lì)磁磁通向某一側(cè)偏移,主變鐵心工作點(diǎn)進(jìn)入勵(lì)磁特性曲線的飽和段,發(fā)生半波飽和。

在直流偏磁下運(yùn)行,變壓器鐵心片的磁致伸縮力增加,加劇變壓器鐵心片的振動(dòng),本體噪聲和振動(dòng)明顯增大,振動(dòng)嚴(yán)重時(shí),導(dǎo)致變壓器有關(guān)部件的松動(dòng),引起發(fā)熱、放電或部件脫落,危及變壓器的安全運(yùn)行[2]。對(duì)變壓器運(yùn)行性能和使用壽命產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

變壓器內(nèi)部出現(xiàn)大量的漏磁通,可能會(huì)導(dǎo)致變壓器鐵芯、夾件、拉板局部溫度偏高,變壓器損耗增加。同時(shí)變壓器勵(lì)磁電流發(fā)生畸變,將產(chǎn)生大量諧波。

5 結(jié)束語

直流偏磁是變壓器的一種非正常工作狀態(tài)。國內(nèi)外學(xué)者對(duì)高緯度運(yùn)行地區(qū)進(jìn)行了一些試驗(yàn)研究[3],對(duì)中低緯度地區(qū)研究較少,目前,還缺少數(shù)據(jù)支持。

針對(duì)該變電站主變壓器出現(xiàn)的由于直流偏磁引起的異常聲響,后續(xù)工作一是監(jiān)督變壓器運(yùn)行狀態(tài),重點(diǎn)監(jiān)測(cè)油中氣體組分和鐵心、夾件接地電流,明確變壓器油中特征氣體和鐵心、夾件接地電流不超出注意值,二是通過測(cè)試該變電站所在地區(qū)其它變電站的變壓器的直流分量情況,判斷該地區(qū)直流分量的來源及特性,通過在變壓器中性點(diǎn)串限流電阻、中性點(diǎn)串電容器和改變系統(tǒng)的直流電流分布等措施,逐步限制和消除變壓器中性點(diǎn)直流電流[4]。

[1] 劉 康,溫定筠,胡春江,等.變壓器直流偏磁產(chǎn)生機(jī)理及偏磁電流實(shí)測(cè)研究[J].電工電氣,2014,175(12):26-30.

[2] 汪金剛,毛 凱,段 旭,等.直流偏磁下的變壓器振動(dòng)仿真與試驗(yàn)[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào),2015,70(1):58-67.

[3] AndersonPM,AgrawalBL,VanNessJE.Subsynchronous resonanceinpowersystem[M].NewYork:IEEEPress, 1990:35-68

[4] 朱藝穎,蔣衛(wèi)平,曾昭華,等.抑制變壓器中性點(diǎn)直流電流的措施研究[J].中國電機(jī)工程學(xué)報(bào),2005,(13):1-7.

本文責(zé)任編輯:靳書海

Analysis of Some 220kV Transformer Abnormal Noise

Duan Jian,Wei Dongliang,He Xiaoyang,Wu Kun
(State Grid Hebei Electric Power Company,Shijiazhuang 050000,China)

Based on a problem of abnormal noise in a 220kV transformer operation,laboratory experiment shows no fault exist. The main cause of abnormal noise is suggested that it come from direct current components.By calculating the relationship curve of noise sound level and direct biasing current,and the spectrum analysis also proves the conclusion,some countermeasures are presented according to the conclusion.

transformer;abnormal noise;direct current components

TM407

B

1000-7229(2016)04-0056-03

2016-06-15

段 劍(1982-),男,高級(jí)工程師,主要從事電網(wǎng)建設(shè)工程管理、變電一次設(shè)備運(yùn)維檢修方面的研究工作。