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关于变压器的问题论文

2014年10月9日     字号:         每日学习网

摘 要:简要阐述大容量电力变压器抗短路方面的内容,重点从限制短路电流和提高抗短路能力方面进行了分析,并就提高变压器自身抗短路能力措施进行了详细介绍
关于变压器的问题论文

关键词:变压器;短路电流;电动力;失稳;突发短路试验

1 前言

变压器在电力系统中运行会受到短路冲击,短路的严重程度与变压器抗短路能力的强弱决定了事故的后果。变压器的抗短路能力不足是近几年造成变压器损坏的重要原因,也成为电力变压器运行中的突出问题。随着电网建设的发展,变压器的电压等级、容量在不断增加,变压器承受的短路电流也随之增大,经受的考核越来越苛刻。根据国标规定,Ⅲ类变压器短路峰值因数已提高至2.69[1]。

2 变压器短路状态下受力分析

变压器在正常运行时,铁心中的磁密及绕组中的电流约为额定值。当受到短路冲击时,绕组内所通过的电流将达到额定电流的几倍甚至几十倍,因断路器跳闸需要一定时间,通常为几十毫秒到一百多毫秒,尽管这种暂态运行的持续时间很短,绕组在电动机械力作用下仍有可能因失稳而造成变压器损坏。

根据长期实践经验和短路强度试验可知,变压器在突发短路故障时,其绕组损坏主要是由于短路时的轴向力和径向力作用的结果。沿绕组的轴向力使绕组承受压力或拉力作用。拉力方向是向着铁轭,严重时可将上铁轭顶起,破坏整个铁心结构。沿绕组的径向力使内绕组受压力作用,外绕组受拉力作用。当压力或拉力大于导线抗张应力时绕组发生变形,导线绝缘断裂,破坏主、纵绝缘结构,严重时甚至拉断导线。

大容量发电机主变低压绕组大多采用螺旋式结构,在受到短路冲击时,低压绕组中势必存在一轴向电流分量,该分量随低压绕组电流的增大而增大,同时其螺旋性越来越明显,该分量除引起漏磁发生变化可能导致变压器铁心及结构件产生局部过热等问题外,低压绕组出线处受到的周向力也必须引起足够的重视。

3 解决变压器抗短路能力的技术措施

减少大型变压器受到短路冲击而发生损坏的事故,一般从限制流入变压器绕组的短路电流和提高变压器本身的抗短路能力入手。

3.1 限制流入变压器绕组的短路电流

目前主要采用的限制短路电流的方法包括出线加装固定串联电抗器、加装新型可控串联限抗(故障限流器)、变压器母线分段运行、采用大容量高速开关限流、改变中性点接地方式或加装小电抗抑制单相短路电流等措施。

(1)普通串联电抗器是将一个固定阻值的电抗器串联入电网,是一种传统的限流技术,运行方式简单、安全可靠,但影响电力系统的潮流分布且增加了无功损耗,对系统的稳定性也有一定影响。

(2)打开母线分段开关,使变压器分列运行,可以增大系统阻抗,有效降低短路电流水平,该措施实施方便,但该方案将削弱系统的电气联系,降低电网安全裕度和运行灵活性。

(3)采用爆炸式快速开断载流桥体与高压限流熔断器、高吸能氧化锌电阻相组合的新型大容量高速开关装置(FSR),该装置具有额定电流大(12 kA)、断流能力强(160 kA)、开断速度快(3 ms内切断故障)等性能。FSR装置可以与断路器串联作为短路开断设备,见下图(a);也可以与电抗器并联,正常运行时将电抗器短接,短路时FSR断开,将电抗器投入以限制短路电流,见下图(b)。

除中性点加装小电抗为单一针对单相短路电流的限流措施,其他几种方法都是主要针对三相短路情况的。针对不同电压等级,不同短路风险问题的变压器,所适宜采取的措施也不尽相同。各种方法比较见下表:

几种变压器抗短路措施比较表

方案 设备造价 施工工期 限制效果 易于实现程度 占地 自身安全性 运维

中性点电抗 较低 短 只对单相短路有效 容易 较小 好 简单

大容量高速开关限流 较低 短 较好 一般 较小 一般 动作后需更换部分元件

固定串抗 一般 短 一般 容易 较小 较好 简单

可控串抗 高 一般 好 较难 较小 一般 较难且成本高

3.2 提高变压器本身的抗短路能力

变压器抗短路能力主要涉及到结构设计、抗短路校验、制造工艺、生产控制、原材料等各环节。