工地變壓器監(jiān)測及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

李 祥 科

(中鐵十四局集團(tuán)第二工程有限公司，山東 泰安 271000)

1 概述

工程施工中，電作為重要的二次能源，有著不可替代的作用。變壓器作為重要的變電裝置，持續(xù)不間斷的輸出有效功率，是保證正常施工生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。對于施工單位而言，由于工地的頻繁變換，從成本節(jié)約的角度出發(fā)，變配電裝置也必須不斷變換工作環(huán)境。在經(jīng)歷了不同距離的運(yùn)輸，不同環(huán)境的溫度、濕度等不確定因素的變化后，如何有效利用既有變壓器，如何充分保證變壓器的工作性能，也是工地電工比較棘手和必須面對的問題。而工程施工中用電負(fù)荷的不穩(wěn)定性，也是影響變壓器輸出質(zhì)量及使用壽命的重要因素。合理調(diào)配負(fù)荷，及時(shí)監(jiān)聽維護(hù)是一項(xiàng)必要工作。看起來并不復(fù)雜的工作，在工程用變壓器工作期間，卻占有舉足輕重的位置。正因此，我們才來討論這個(gè)簡單明了卻又復(fù)雜多變的工作項(xiàng)目。

2 變壓器投運(yùn)前的現(xiàn)場檢查

工地施工用變壓器，尤其是已經(jīng)在其他工地使用過拆除后，經(jīng)過長途運(yùn)輸顛簸，準(zhǔn)備在新工地使用前，必須經(jīng)過一系列的檢測、試驗(yàn)、維修保養(yǎng)后方可投入。

2.1 變壓器外表的檢查

1)首先應(yīng)該檢查變壓器的油枕，查看油位計(jì)的完好程度，油位指示是否在刻度線內(nèi)。油位高低要認(rèn)真檢查，油位過高在變壓器投入運(yùn)行后，因帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致油溫高，體積膨脹會導(dǎo)致變壓器油從呼吸器連通管處溢出；油位過低，油量不足，變壓器不能有效散熱，影響變壓器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2)認(rèn)真檢查變壓器各部位是否有破損和滲漏油，尤其要檢查油位計(jì)、套管、排油閥、高低壓接線柱絕緣墊，杜絕變壓器通電運(yùn)轉(zhuǎn)后溫度上升，滲漏現(xiàn)象更加嚴(yán)重。3)仔細(xì)檢查變壓器吸濕劑顏色是否正常，正常為白色，說明變壓器內(nèi)部干燥，如果吸濕劑顏色變暗，說明水分增加，應(yīng)該及時(shí)更換。4)仔細(xì)檢查變壓器的接地裝置，是否可靠連接，中性點(diǎn)的連接對變壓器的保護(hù)至關(guān)重要。5)查看變壓器出線套管的連接情況，一、二次接頭是否牢固可靠，導(dǎo)線連接可靠，相線連接正確。6)認(rèn)真核對變壓器上的銘牌所標(biāo)示的參數(shù)，對各側(cè)電壓等級、變壓器的容量、變壓器的接線組別、分接開關(guān)位置等重要數(shù)據(jù)認(rèn)真核對，與所要求的參數(shù)是否一致。

2.2 檢測變壓器絕緣

用兆歐表對變壓器繞組絕緣進(jìn)行搖測，兆歐表型號為1 000 V～2 500 V，分別對一二次繞組及對地絕緣進(jìn)行檢測。記錄搖測結(jié)果，記錄環(huán)境溫度，根據(jù)測量數(shù)值及環(huán)境與出廠絕緣比較，不低于出廠值的70%，且最低數(shù)值不得低于25 MΩ,否則不能隨意投入使用。

變壓器安裝后,繞組的直流電阻值可能與出廠實(shí)驗(yàn)時(shí)會有差別。主要原因是低壓繞組的引線接頭的接觸電阻，對于低壓繞組本身的直流電阻不再是可以忽略不計(jì)的。工廠裝配實(shí)驗(yàn)時(shí)，做了臨時(shí)性連接，由于操作等原因，接觸電阻的數(shù)值和分散性都較大。安裝時(shí)徹底清理接觸面，嚴(yán)格控制壓緊力，接觸電阻達(dá)到較小值，三相互差值測量會有改變。如果數(shù)值較大，可能會存在以下原因：1)線圈的焊頭有虛焊現(xiàn)象。2)分接開關(guān)沒有到位。3)螺栓連接接頭接觸不良。

測量繞組直流電阻可以發(fā)現(xiàn)上述現(xiàn)象，有助于在變壓器安裝時(shí)消除導(dǎo)電回路的缺陷。在測得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)后應(yīng)作好記錄，以便在變壓器投入運(yùn)行后作為檢查和處理故障的基準(zhǔn)參考。

3 變壓器的故障檢查判斷

工地變壓器一般為臨時(shí)用電，工作環(huán)境較永久變壓器普遍較差，日常維護(hù)監(jiān)控尤為重要。著重應(yīng)監(jiān)測變壓器的運(yùn)行狀況、運(yùn)行聲音、油位情況、負(fù)載大小等重要指標(biāo)，做好變壓器的環(huán)境維護(hù)。

1)保持套管和絕緣子的清潔，定期清理變壓器機(jī)身和頂部的灰塵。對套管及接線樁檢查有無放電、虛接、斷裂等現(xiàn)象，接地電阻是否達(dá)標(biāo)，做到勤維護(hù)。

2)檢查油冷卻系統(tǒng)，對散熱器的機(jī)身從外觀、滲漏、銹蝕等各方面認(rèn)真觀察，對吸濕劑顏色仔細(xì)確認(rèn)，防患于未然。

3)從運(yùn)行聲音上判斷變壓器運(yùn)行是否正常，一般為“嗡嗡”聲，聲音連續(xù)均勻。聲音異常可能為過載運(yùn)行、電網(wǎng)電壓異常，聲音較為尖銳；變壓器部件松動、分接開關(guān)接觸不良，會有“嘶嘶”聲音；繞組短路，油溫急劇上升，應(yīng)立即停止運(yùn)行，避免爆裂起火。

4)從干燥劑顏色、氣味上判斷變壓器的運(yùn)行狀態(tài)。干燥劑正常狀態(tài)為白色，水進(jìn)入油室干燥劑吸潮顏色變暗，更換干燥劑的同時(shí)要檢查變壓器絕緣狀況；套管閃絡(luò)放電，套管接線端松動、油泵燒毀會發(fā)出異味，通過色味的異常狀態(tài)，及時(shí)組織維修。

5)從油溫狀況判斷變壓器的運(yùn)行狀況。正常工作狀態(tài)油溫維持較為穩(wěn)定的刻度線，變化輕微。內(nèi)部故障會引起溫度異常。繞組絕緣損壞、內(nèi)部接線頭發(fā)熱、鐵芯接地等原因都會導(dǎo)致渦流增大，零序不平衡電流都會導(dǎo)致油溫變化，同時(shí)導(dǎo)致差動和瓦斯保護(hù)動作。溫度計(jì)的變化是非常危險(xiǎn)的故障信號，要及時(shí)停運(yùn)，檢查變壓器的散熱管道、風(fēng)扇、散熱器閥門，對冷卻器進(jìn)行沖洗維護(hù)。油面降低及時(shí)補(bǔ)充變壓器油，并記錄補(bǔ)充的詳細(xì)時(shí)間、數(shù)量，做好數(shù)據(jù)記錄。

4 變壓器容量的合理選擇

工地變壓器的合理配置是施工用電經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的前提，變壓器的容量選擇是工地施工用電的進(jìn)場配置源頭。一般采用TN-S接地、接零保護(hù)系統(tǒng)，在電源是中性點(diǎn)直接接地的220 V/380 V三相四線制的低壓電力系統(tǒng)中增加一條專用保護(hù)零線(PE線),形成TN-S接零保護(hù)系統(tǒng)或三相五線制供電系統(tǒng)。三根相線(火線)必須為黃、綠、紅三種顏色，工作零線(N線)為淡藍(lán)色，保護(hù)零線(PE線)為黃/綠相間絕緣芯線，杜絕混用。三級配電系統(tǒng)，即從變壓器出線開始至用電設(shè)備之間由總配電箱(一級配電箱)、分配電箱(二級配電箱)、開關(guān)箱(三級配電箱)三個(gè)層次逐級配送電力。即一個(gè)總配電箱(配電柜)可以分路若干個(gè)分配電箱，每一個(gè)分配電箱(配電柜)也可以分路若干個(gè)三級開關(guān)箱。從三級開關(guān)箱向用電設(shè)備配電實(shí)行“一機(jī)一閘一漏一箱”制，每一個(gè)開關(guān)箱控制一臺與其相關(guān)的用電設(shè)備。

4.1 根據(jù)負(fù)荷分配，計(jì)算有效功率，經(jīng)濟(jì)配置臨時(shí)變壓器

工地變壓器容量計(jì)算應(yīng)充分考慮高峰負(fù)荷，羅列感性負(fù)載，計(jì)算三相總功率，計(jì)算單相設(shè)備功率時(shí)按照名牌標(biāo)注的最大值計(jì)算。變壓器在規(guī)定的使用條件下，能夠保證變壓器正常運(yùn)行的最大載荷視在功率即為最大負(fù)載的視在功率。變壓器額定運(yùn)行時(shí)輸出視在功率等于額定容量，輸入視在功率大于額定容量。變壓器容量選擇是設(shè)備配置的前提，設(shè)定設(shè)備運(yùn)行功率因數(shù)，一般按照0.8計(jì)算，根據(jù)負(fù)荷計(jì)算變壓器的額定容量。以仁沐高速20標(biāo)2號梁廠配置為例(見表1)。

表1 2號預(yù)制梁廠設(shè)備配置功率

2號梁場(用電負(fù)荷為246.1 kW)：

根據(jù)公式：S=√3UIcosφ=1.73×P×0.75=319.3 kVA。

選擇315 kVA變壓器。

4.2 合理并車運(yùn)行，階段性控制變壓器容量

施工過程中從項(xiàng)目進(jìn)場到工程后期，負(fù)荷變化大。如橋梁施工，前期樁基施工鉆機(jī)負(fù)荷大，普通沖擊鉆及泥漿泵可達(dá)70 kW/臺，五六臺鉆機(jī)即可達(dá)400 kW以上。樁基施工結(jié)束，橋梁下部混凝土施工僅振搗、焊接等小功率負(fù)荷。隧道施工前期空氣壓縮機(jī)130 kW/臺，襯砌用輸送泵90 kW/臺，后期開挖結(jié)束負(fù)荷大幅降低。靈活采用變壓器并車運(yùn)行，適時(shí)增減變壓器數(shù)量，可減少一次性T接及安裝費(fèi)用，避免重復(fù)投入，減少安裝環(huán)節(jié)工作量，經(jīng)濟(jì)有效。

變壓器并車運(yùn)行應(yīng)符合四個(gè)條件：1)接線繞組相同；2)電壓變比相同；3)容量偏差不能超過1/3；4)短路阻抗不超±10%。

在嚴(yán)格執(zhí)行上述四項(xiàng)原則的基礎(chǔ)上，分步驟實(shí)現(xiàn)變壓器并車運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)容量的有效補(bǔ)充。操作如圖1所示。

并車運(yùn)行前所有開關(guān)斷開，準(zhǔn)備就緒先將高壓開關(guān)Q1,Q2閉合，變壓器穩(wěn)定運(yùn)行閉合DK1,DK2開關(guān)，通電測試變壓器低壓側(cè)線電壓及相間電壓，同相序測試電壓差值細(xì)微(2 V左右)，將DK3閉合，變壓器并車運(yùn)行。

大負(fù)荷變壓器并行，負(fù)荷降低及時(shí)切除一臺，減少電力損耗，節(jié)約用電費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

5 變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及安全監(jiān)控

經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是變壓器的安全及輸電量相同的前提下，充分利用現(xiàn)有用電設(shè)備條件，合理利用變壓器的臺數(shù)、檔位優(yōu)化組合，改善變壓器運(yùn)行條件，采取有效措施降低變壓器電能損失，提高安全用電質(zhì)量。在工程施工中，變壓器的有效運(yùn)行常常受制于工地用電的用電設(shè)備的不規(guī)律、不連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)等因素造成無功功率的損失。由于變壓器的容量、打壓等級、貼心、繞組及制造工藝的不同，即使供應(yīng)相同負(fù)載，不同廠家的無功損耗亦不同。在中鐵十四局向莆鐵路的工地上，先后運(yùn)行82臺大小不同型號、不同廠家、不同電壓等級的變壓器，總?cè)萘吭?萬多個(gè)千伏安。工地變壓器大部分采用電容補(bǔ)償器，按照變壓器的30%～40%配置補(bǔ)償器容量。大部分變壓器都能有效補(bǔ)償，每月受到供電局的無功補(bǔ)償獎勵，詳見表2。但在棋盤石隧道，因補(bǔ)償不到位，安裝運(yùn)行后的第一個(gè)月就被罰款6萬余元，后經(jīng)不斷完善才逐步消除。戴云山隧道在隧道貫通后，因未能及時(shí)撤除變壓器，變壓器空載嚴(yán)重。當(dāng)月功率因數(shù)為0.53，被罰款15萬元。慘痛的損失讓我們意識到變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要性。工地變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要從技術(shù)措施上保證，更具有時(shí)效性。

有功功率損耗：

雙繞組變壓器的有功功率損耗Δp：

Δp=p0+β2p1。

其中，p0為變壓器空載損耗；p1為定負(fù)載下變壓器額定短路損耗，主要影響因素為變壓器繞組的銅損及附加銅損；β2為負(fù)載系數(shù)，β=s/sn，s為變壓器實(shí)時(shí)視在功率，sn為變壓器額定視在功率。

表2 功率因數(shù)調(diào)整電費(fèi)表(以0.80為標(biāo)準(zhǔn)值)

6 變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行維護(hù)

變壓器在投入使用后，不能放松日常的監(jiān)視維護(hù)。工地用電感性負(fù)載較多。尤其在路橋等工地，打樁機(jī)、對焊機(jī)等負(fù)荷較大設(shè)備的啟動，對變壓器的沖擊很大。不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題，可能會造成不必要的損失。所以，日常維護(hù)相當(dāng)重要。

1)在根據(jù)施工組織設(shè)計(jì)投入變壓器后，隨著負(fù)荷的不斷增加，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況認(rèn)真作好負(fù)荷統(tǒng)計(jì)。

2)根據(jù)變壓器的過負(fù)荷能力果斷切除過負(fù)荷負(fù)載，切不可因任何原因牽強(qiáng)運(yùn)行。

3)根據(jù)功率因數(shù)合理及時(shí)投入電容補(bǔ)償，設(shè)置合理功率因數(shù)，自動投切補(bǔ)償裝置。

4)每日的電量統(tǒng)計(jì)以圖表的形式體現(xiàn)出來，以便掌握用電高峰和低谷，分析調(diào)整負(fù)荷分配，將大負(fù)荷用電向谷時(shí)分配。

5)惡劣天氣變化對變壓器的沖擊影響屬必要檢查，不可存僥幸心理放松警惕。

6)將監(jiān)聽變壓器運(yùn)行聲音作為每日必修課，久而久之，變壓器的細(xì)小變化都可能判斷出來。

7)工地環(huán)境往往較差，飄揚(yáng)的灰塵很容易對變壓器工作性能造成影響。除了必要的防塵措施外，清潔工作切不可少。

8)定期進(jìn)行電費(fèi)經(jīng)濟(jì)核算，對峰谷平電價(jià)使用狀況、力調(diào)電費(fèi)、無功補(bǔ)償情況進(jìn)行分析核算，及時(shí)糾偏，采取措施，實(shí)現(xiàn)降本增效。

變壓器作為工地施工的常用設(shè)備，已經(jīng)成為工地電工最常見和必然面對的項(xiàng)目。變壓器的安全使用與維護(hù)也是老生常談。但工地施工的特殊性和多樣性，卻讓我們必須面對各種可能難以估料的問題。所以工地變壓器的安裝檢查與維護(hù)，是一個(gè)日益更新的問題，讓我們在工作中不斷總結(jié)積累，將它逐步完善和提高。