煤礦供電變壓器的改造

白玉靜

（山西潞安配售電有限公司，山西 襄垣046204）

引言

煤礦供電系統(tǒng)為綜采工作面的生產(chǎn)動力，供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性是煤炭高效開采、運(yùn)輸?shù)幕A(chǔ)。變壓器作為煤礦供電系統(tǒng)的重要設(shè)備，其具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格昂貴以及維修周期長等特點(diǎn)。當(dāng)變壓器發(fā)生故障時(shí)，需要很長時(shí)間才能修復(fù)，從而影響了工作面的生產(chǎn)進(jìn)度。隨著變壓器的等級和容量越來越高，其能耗也越來越大，故節(jié)能型變壓器的研發(fā)和應(yīng)用也越發(fā)重要[1]。因此，本文著重對煤礦變壓器可靠性低以及能耗大的問題進(jìn)行改造，旨在提升其可靠性、降低其能耗。

1 變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)的現(xiàn)狀及改造措施

1.1 變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)的現(xiàn)狀分析

1.1.1 勵磁涌流導(dǎo)致變壓器誤動作

勵磁涌流為變壓器的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。一般情況下，變壓器勵磁涌流值僅為其額定工作電流的5%左右。在實(shí)際應(yīng)用中，對現(xiàn)場故障排除操作中需切除電源。當(dāng)變壓器恢復(fù)電壓時(shí)，由于在恢復(fù)電壓的同時(shí)變壓器對應(yīng)磁通急劇增加，從而導(dǎo)致變壓器的勵磁涌流最大增大為變壓器額定電流的8倍，勵磁涌流的瞬間增大導(dǎo)致變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)誤動作[2]。

此外，對于并聯(lián)線路中的變壓器，其中一路的勵磁涌流出現(xiàn)浪涌情況時(shí)，其他路也會出現(xiàn)浪涌情況，從而導(dǎo)致其他路變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)出現(xiàn)誤動作。

1.1.2 電流互感器型號不匹配導(dǎo)致誤動作

實(shí)踐表明，當(dāng)為變壓器所配置的電流互感器不是專用的，而且，當(dāng)變壓器所配置的一次互感器和二次互感器的型號不一致時(shí)常會導(dǎo)致誤動作事故的發(fā)生[3]。

除上述詳細(xì)列出的兩項(xiàng)主要原因外，導(dǎo)致變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)誤動作的原因還包括有：電流互感器二次側(cè)斷線、差動保護(hù)系統(tǒng)的保護(hù)精度不足、接線存在不合理情況等。

1.2 變壓器差動保護(hù)誤動作的改造措施

經(jīng)對導(dǎo)致變壓器差動保護(hù)誤動作原因進(jìn)行綜合，對應(yīng)的可采取如下措施對變壓器進(jìn)行改造，具體總結(jié)如下：可采取有效減小變壓器勵磁涌流的措施；采取有效減小變壓器二次諧波的措施；保證變壓器線路接線的準(zhǔn)確性；保證變壓器變比選擇的合理性。本文所研究的變壓器的具體型號的相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 變壓器相關(guān)參數(shù)

就上述所分析的差動保護(hù)誤動作的原因和可采取的方案綜合考慮，本文最終選擇變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)配置為SEA587微機(jī)保護(hù)裝置，該微機(jī)保護(hù)裝置可實(shí)現(xiàn)有制動特性的差動保護(hù)和無制動特性的差動速斷保護(hù)，其所依據(jù)的原理為自動平衡調(diào)整原理，可實(shí)現(xiàn)對變壓器的電流值進(jìn)行平衡調(diào)整，具體原理如圖1所示。

圖1 SEA587差動保護(hù)原理圖

1.3 變壓器差動保護(hù)改造效果的驗(yàn)證

為驗(yàn)證基于SEA587微機(jī)保護(hù)裝置對變壓器差動保護(hù)的改造效果，設(shè)定變壓器的差動保護(hù)的電流限值為1.45 A，將變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)的高壓側(cè)通入正常工作時(shí)的電壓值，并將其對應(yīng)的電流值依次增大，對變壓器差動保護(hù)動作的情況進(jìn)行觀察。

通過試驗(yàn)可得，當(dāng)變壓器差動保護(hù)高壓側(cè)的電流值大于1.45 A時(shí)，差動保護(hù)系統(tǒng)必動作；而當(dāng)變壓器差動保護(hù)高壓側(cè)的電流值小于1.45 A時(shí)，差動保護(hù)系統(tǒng)從未動作過。

2 變壓器的節(jié)能改造

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，綜采工作面變壓器的能耗占整個(gè)工作面能耗的10%。因此，降低變壓器的能耗可節(jié)約很大的生產(chǎn)成本[4]。

2.1 變壓器節(jié)能現(xiàn)狀分析

自20世紀(jì)80年代以來，我國已經(jīng)開展了關(guān)于節(jié)能型變壓器的研究，經(jīng)歷從S7系列到S11系列的發(fā)展。經(jīng)實(shí)踐表明，當(dāng)前的S11系列變壓器與S7相比節(jié)能效果最高可達(dá)15%。目前，對節(jié)能型變壓器的研究只能通過采用更多的原材料達(dá)到降低變壓器損耗的目的，此種方式的局限性較大，無法從大面積上推廣應(yīng)用。因此，需從根本上對變壓器進(jìn)行改造以達(dá)到節(jié)能的目的。

2.2 變壓器的節(jié)能改造方案

變壓器在實(shí)際應(yīng)用中的主要能耗包括有空載損耗和負(fù)載損耗。其中，變壓器空載損耗又稱為鐵耗，主要指的是變壓器鐵心材料的損耗；負(fù)載損耗又稱為銅耗，主要是變壓器本身導(dǎo)線的損耗。實(shí)踐表明，對于一個(gè)容量為250 kV/A的變壓器而言，其空載損耗量為280 W，負(fù)荷損耗量為1 525 W。

通過對變壓器損耗的分析，可通過引入智能設(shè)備對所用原材料進(jìn)行改進(jìn)、對變壓器的接線方式進(jìn)行改進(jìn)、對變壓器分接開關(guān)進(jìn)行改進(jìn)以及對變壓器的相關(guān)部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)等措施實(shí)現(xiàn)對變壓器的節(jié)能改造。

本節(jié)以Tr系列的變壓器為例對其節(jié)能改造方案及效果進(jìn)行研究。Tr系列變壓器所采用的繞組材料為鋁材，鐵芯材料為普導(dǎo)硅鋼片。針對Tr系列變壓器在實(shí)際運(yùn)行過程中存在能耗高、負(fù)載效率低等問題，采用對選材進(jìn)行改進(jìn)的改造方案降低其能耗，具體改造措施如下：采用優(yōu)質(zhì)無氧銅替換原以鋁材為主的繞組材料，采用優(yōu)質(zhì)冷軋晶粒取代原鐵芯所采用的普導(dǎo)硅鋼片[5]。對Tr系列變壓器采用上述改造措施后，其改造前后的能耗對比如表2所示。

表2 Tr系列變壓器改造效果

如表2所示，對Tr系列變壓器進(jìn)行改造后其各項(xiàng)數(shù)值指標(biāo)均降低，尤其是變壓器改造后對應(yīng)的空載損耗和負(fù)載損耗降低幅度很大。

3 結(jié)論

變壓器為當(dāng)前電力系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，其可靠性和穩(wěn)定性直接決定供電系統(tǒng)的可靠性。對于煤礦綜采工作面也一樣，供電系統(tǒng)為其動力源，為保證綜采工作面供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，本文對變壓器差動保護(hù)系統(tǒng)的誤動作和能耗高的問題進(jìn)行改造，具體總結(jié)如下：

1）采用SEA587微機(jī)保護(hù)裝置對變壓器進(jìn)行改造，經(jīng)改造后有效解決了其差動保護(hù)系統(tǒng)誤動作的問題；

2）采用改進(jìn)變壓器原材料的方式對變壓器進(jìn)行節(jié)能性改造，經(jīng)改造后變壓器的空載損耗和負(fù)載損耗值明顯降低。