電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的研究 - 全文

　　電力變壓器是應(yīng)用極為廣泛的電氣設(shè)備，從發(fā)電、供電直到用電，一般需經(jīng)過(guò)約5次變壓過(guò)程，每次變壓都要產(chǎn)生電能損耗。由于變壓器臺(tái)數(shù)多，總?cè)萘看?，所以?a target="_blank">電力系統(tǒng)中，變壓器的總損耗約占總發(fā)電量的8%。因此，對(duì)電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的研究具有重要意義。

　　變壓器綜合功率中的空載損耗為ΔPoz，綜合功率中的額定負(fù)載損耗ΔPdz，變壓器綜合功率損耗為ΔPz=ΔPoz β2ΔPdz，其中β為變壓器負(fù)載率。因變壓器實(shí)際負(fù)載總是在一定范圍內(nèi)變動(dòng)，不能用某一個(gè)量值來(lái)評(píng)價(jià)其運(yùn)行工況優(yōu)劣，需要用運(yùn)行區(qū)來(lái)評(píng)價(jià)，現(xiàn)分析如下：

　　1　單臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的確定

　　單臺(tái)變壓器綜合功率損耗率ΔPz%，如式(1)所示：

　　ΔPz%=ΔPoz β2ΔPdz÷βSecosφ2 ΔPoz β2ΔPdz　　　　　　　　　 (1)

　　根據(jù)上式可得變壓器綜合功率損耗率的特性曲線，如圖1所示。

　　由圖可見(jiàn)，負(fù)載系數(shù)β在0≤β≤βz范圍內(nèi)，ΔPz%為遞減函數(shù)，在βz≤β≤1范圍內(nèi)，ΔPz%是遞增函數(shù)，但其曲率比遞減時(shí)小得多(變化比較平穩(wěn))。

　　變壓器長(zhǎng)期滿(mǎn)載運(yùn)行應(yīng)視為安全合理的，因此，變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的確定原則應(yīng)為：變壓器在額定負(fù)載條件下運(yùn)行作為經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的上限值，故得出βj1=1的數(shù)值。經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的下限對(duì)應(yīng)的損耗率如圖1所示，要與額定損耗率相等。而變壓器在額定負(fù)載時(shí)(β=100%)，損耗率ΔPe%的計(jì)算式為：ΔPe%=ΔPoz ΔPdz÷Secosφe ΔPoz ΔPdz　　　　　　 (2)

　　式中cosφe——變壓器額定負(fù)載時(shí)的功率因數(shù)

　　當(dāng)變壓器負(fù)載率為βj2時(shí)，其綜合功率損耗率ΔPj2%的計(jì)算式為：

　　ΔPj2%=ΔPoz βj22ΔPdz÷βj2Secosφ2 ΔPoz βj22ΔPdz　　　　　　　　　(3)

　　因?yàn)棣j2%=ΔPe%，所以可得下列關(guān)系式：

　　ΔPoz ΔPdz÷Secosφe ΔPoz ΔPdz=ΔPoz βj22ΔPdzβj2Secosφ2 ΔPoz βj22ΔPdz　(4)

　　在上式中Secosφe》ΔPoz ΔPdz，βj2Secosφ2》ΔPoz β2j2ΔPdz，故分母中的ΔPoz ΔPdz和ΔPoz β2j2ΔPdz可以略去不計(jì)，又因Secosφe≈Secosφ2，所以式(4)可簡(jiǎn)化為：ΔPoz ΔPdz=ΔPoz βj22ΔPdz÷βj2

　　由上式可解得：

　　βj2=ΔPoz÷ΔPdz=βz2　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (5)

　　結(jié)論：經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的上限βj1=1;經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的下限βj2=βz2。

　　2　單臺(tái)變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)優(yōu)選運(yùn)行段的確定

　　變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)包括了變壓器額定負(fù)載在內(nèi)的較大負(fù)載范圍，在這個(gè)范圍的邊緣(如接近βj1，βj2的負(fù)載系數(shù))，其損耗率與最低損耗率相比仍較高，有必要在經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)內(nèi)確定優(yōu)選運(yùn)行段。

　　確定優(yōu)先運(yùn)行段的目的，是為了保證在此負(fù)載范圍內(nèi)，變壓器的綜合功率損耗率比最低綜合功率損耗率增加會(huì)小于10%，從而實(shí)現(xiàn)高效降損的目標(biāo)。

　　經(jīng)過(guò)論證分析，根據(jù)國(guó)標(biāo)《GB/T13462-92工礦企業(yè)電力變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行導(dǎo)則》，對(duì)變壓器最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的上限負(fù)載率定為βz1=0.75。

　　根據(jù)變壓器綜合功率損耗率特性曲線，可以找到與βz1=0.75時(shí)的對(duì)應(yīng)點(diǎn)

　　βz2，βz2即為最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的下限值，如圖2所示。

　　由圖2可知，變壓器分別在βz1與βz2運(yùn)行時(shí)，其綜合功率損耗率是相等的，所以可得如下關(guān)系式：

　　ΔPoz (0.75)2ΔPdz÷0.75Secosφ2 ΔPoz (0.75)2ΔPdz=ΔPoz βz22ΔPdzβz2Secosφ2 ΔPoz βz22ΔPdz

　　經(jīng)化簡(jiǎn)后可解得：

　　βz2=2ΔPoz÷1.5ΔPdz=1.333βz2　　　　　　　　　 (6)

　　結(jié)論：最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的上限βz1=0.75;最佳經(jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)的下限βz2=1.333βz2。

　　綜上所述，以變壓器的實(shí)際綜合功率負(fù)載系數(shù)β為據(jù)，可將變壓器運(yùn)行區(qū)域分為三類(lèi)：

　?、僮罴呀?jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)：1.333βz2=βz2≤β≤βz1=0.75;

　?、诮?jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)：βz1=0.75<β≤βj1=1及β2z=βj2≤β≤βz2=1.333βz2;

　?、鄯墙?jīng)濟(jì)運(yùn)行區(qū)：0≤β≤βz2。

　　電力變壓器的無(wú)勵(lì)磁分接開(kāi)關(guān)亦稱(chēng)無(wú)載調(diào)壓開(kāi)關(guān)，它只能在變壓器停止運(yùn)行，沒(méi)有激磁的情況下用來(lái)改變變壓器繞組的有效匝數(shù)，從而達(dá)到改變變比和變壓器輸出電壓的目的。因此，分接開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)設(shè)計(jì)容量較小，也不需要采取滅弧措施，且開(kāi)關(guān)操作也只限于手動(dòng)就地操作。但是由于變壓器缺油，開(kāi)關(guān)質(zhì)量差、維護(hù)不同、使用不慎、調(diào)檔不到位等情況發(fā)生，將會(huì)使整臺(tái)變壓器燒壞。在我們所檢修的電力變壓器中。因無(wú)載分接開(kāi)關(guān)故障導(dǎo)致電力變壓器損壞的約占25%。

　　1　　故障原因

　　(1)　變壓器滲油(導(dǎo)電桿螺帽不緊、箱蓋，油標(biāo)密封墊，放油閥，焊縫等處)使無(wú)載分接開(kāi)關(guān)裸露在空氣中，使之逐漸受潮。因?yàn)殡娏ψ儔浩鞯挠椭甘咎幵谟驼碇胁浚儔浩髟谶\(yùn)行中產(chǎn)生的碳化物受熱后又產(chǎn)生油焦等物質(zhì)將油標(biāo)呼吸孔堵死造成假油面，少量的變壓器油留在油標(biāo)內(nèi)，使人誤認(rèn)為油面偏低而沒(méi)重視加油，時(shí)間一長(zhǎng)，裸露的分接開(kāi)關(guān)絕緣受潮后性能下降，導(dǎo)致放電短路，損壞變壓器。

　　(2)　無(wú)載分接開(kāi)關(guān)的制造質(zhì)量差，結(jié)構(gòu)不合理、壓力不夠、接觸不可靠，外部字輪位置與內(nèi)部實(shí)際位置不完全一致，引起星形動(dòng)觸頭位置不完全接觸，錯(cuò)位的動(dòng)、靜觸頭使兩抽頭間的絕緣距離變小，并在兩觸頭之間的電勢(shì)作用下發(fā)生短路或?qū)Φ囟搪贩烹?，短?a href="http://ttokpm.com/tags/電流/" target="_blank">電流很快就把抽頭線圈匝繞壞，甚至導(dǎo)致整個(gè)繞組損壞。

　　(3)　運(yùn)行中的變壓器無(wú)載分接開(kāi)關(guān)長(zhǎng)期浸在高于常溫的油中，特別是偏遠(yuǎn)農(nóng)村的線路長(zhǎng)，電壓降大，使分接開(kāi)關(guān)長(zhǎng)期處于過(guò)負(fù)荷狀態(tài)中運(yùn)行，油的老化可能引起分接開(kāi)關(guān)觸頭出現(xiàn)碳化膜和油垢，觸頭發(fā)熱后使彈簧壓力降低(特別是觸環(huán)中彈簧、由于材料和制造工藝差，使彈性降低很快)或零件變形，分接開(kāi)關(guān)的引線頭與接線螺絲松動(dòng)等原因未及時(shí)處理，使導(dǎo)電部位接觸不良，接觸電阻增大，產(chǎn)生發(fā)熱和電弧燒傷，電弧還將產(chǎn)生大量氣體，分解出具有導(dǎo)電性能的碳化物和被熔化的銅微粒，噴涂在箱體、一、二次套管，繞組層間，匝間等處，引起短路燒壞變壓器。

　　(4)　部分村電工對(duì)無(wú)載分接開(kāi)關(guān)原理不清，又無(wú)測(cè)量用的工(器)具，在遠(yuǎn)離變電所的農(nóng)村電網(wǎng)中，電壓普遍偏低，村電工誤將原來(lái)無(wú)載分接開(kāi)關(guān)從“2”檔調(diào)到“1”檔，發(fā)現(xiàn)電壓更低時(shí)，又將分接開(kāi)關(guān)調(diào)到“3”檔位置，由于操作不慎引起分接開(kāi)關(guān)不完全到位或扭斷動(dòng)觸頭的絕緣軸，斷落的觸頭引起線間或?qū)Φ囟搪?，最終導(dǎo)致變壓器投入運(yùn)行時(shí)，將高壓三相繞組燒壞。

　　(5)　安裝工藝差，對(duì)各部位緊固螺栓的檢查不仔細(xì)，造成變壓器箱體進(jìn)水，使分接開(kāi)關(guān)絕緣，繞組絕緣受潮。還有運(yùn)行維護(hù)不到位，沒(méi)有嚴(yán)格執(zhí)行好《變壓器運(yùn)行規(guī)程》，多數(shù)的變壓器從安裝到燒壞的幾年、十幾年中從沒(méi)進(jìn)行常規(guī)維護(hù)和污垢的清理，導(dǎo)致變壓器散熱條件差而損壞。

　　2　 檢測(cè)方法

　　(1)　在變壓器交接、大修時(shí)、更換分接開(kāi)關(guān)和運(yùn)行2年后的變壓器，必須用兆歐表測(cè)量絕緣電阻值，用電橋測(cè)量直流電阻值，對(duì)630kVA以下的變壓器，要求直流電阻相間誤差值<4%，線間誤差值<2%。

　　計(jì)算公式Rz=　×100%

　　式中RZ——誤差值

　　RD——最大電阻值

　　RC——最小電阻值

　　(2)　定期對(duì)變壓器絕緣油取樣化驗(yàn)(送檢)，經(jīng)常檢查油枕中的實(shí)際油面位置，不要被假油指示所誤。

　　(3)　倒、換無(wú)載分接開(kāi)關(guān)前后，必須用電橋測(cè)量出前后兩次直流電阻值，并作好記錄。

　　觀察三相直流電阻是否平衡是否在允許范圍內(nèi)，將倒換后的直流電阻與倒換前兩次記錄進(jìn)行比較，判斷是否正常。通過(guò)比較可以診斷出是否存在上述故障，分析出原因后進(jìn)行處理。

　　(4)　對(duì)運(yùn)行中的變壓器無(wú)載分接開(kāi)關(guān)就地調(diào)檔，在測(cè)試直流電阻的同時(shí)，還應(yīng)測(cè)試變壓器上層油溫(因變壓器的繞組直流電阻與油溫有關(guān))，并把所測(cè)試的直流電阻值換算到20℃時(shí)的油溫值。

　　換算公式R20=×Ra

　　式中R20——換算為20℃時(shí)兩電阻值

　　T——系數(shù)。(銅為235，鋁為228)

　　ta——測(cè)量時(shí)變壓器的上層油溫

　　Ra——溫度為ta時(shí)測(cè)得的電阻值

　　在測(cè)量時(shí)使用儀表準(zhǔn)確度應(yīng)不低于0.2級(jí)，大型變壓器應(yīng)不低于0.05級(jí)。

　　(5)　測(cè)量直流電阻時(shí)，應(yīng)將連接導(dǎo)線截面選得大些，盡量縮短長(zhǎng)度，接觸必須良好，用單臂電橋測(cè)量時(shí)，測(cè)量結(jié)果中還應(yīng)減去測(cè)試線的電阻才是實(shí)際電阻值。測(cè)量完畢，先停檢流計(jì)，后停電池開(kāi)關(guān)，以防燒壞電橋，倒換線時(shí)，必須將變壓器線圈放電，以防人身觸電。

　　3　 檢修調(diào)試

　　(1)　無(wú)載分接開(kāi)關(guān)的檢修調(diào)試是在變壓器吊芯至露出分接開(kāi)關(guān)后進(jìn)行(為保證安全，在檢修開(kāi)始前應(yīng)將變壓器端蓋用方木或其他物品支撐的箱體上)，首先，觀察觸頭與引線，觸柱與絕緣膠木是否有松動(dòng)，動(dòng)、靜觸頭壓力是否足夠。并可用手按壓試之，手感壓力應(yīng)均勻，壓力過(guò)小的應(yīng)更換彈簧，有條件也可用測(cè)力計(jì)測(cè)出壓力值，一般應(yīng)在(24.5～49)×104Pa( 2.5 ～5kg)/cm2之間，對(duì)于非運(yùn)行檔，可以反復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)分接開(kāi)關(guān)，然后觀察是否有摩擦痕跡。

　　(2)　外觀檢查可以發(fā)現(xiàn)用儀器不能發(fā)現(xiàn)的不正常故障，如運(yùn)行中的無(wú)載分接開(kāi)關(guān)動(dòng)、靜觸頭的發(fā)熱、變色、變形或放電灼損的痕跡。發(fā)熱觸點(diǎn)周?chē)蓟?，油垢積聚等現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)這些不正常故障后，經(jīng)過(guò)修整后不能達(dá)到無(wú)載分接開(kāi)關(guān)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的，必須更換新開(kāi)關(guān)。

　　(3)　新?lián)Q無(wú)載分接開(kāi)關(guān)后，應(yīng)認(rèn)真檢查分接開(kāi)關(guān)所接的引線位置是否正確一致，要檢查鎖緊定位栓是否到位，再擰緊法蘭和三個(gè)密封螺絲，用搬手將分接開(kāi)關(guān)向正、反方向各轉(zhuǎn)動(dòng)5周以上，消除動(dòng)、靜觸頭上的氧化膜，保證動(dòng)、靜觸點(diǎn)接觸良好，在轉(zhuǎn)動(dòng)觸點(diǎn)時(shí)應(yīng)觀察指針位置與觸點(diǎn)實(shí)際位置是否正確。

　　(4)　吊芯前所測(cè)試的直流電阻值可以作檢修或更換分接開(kāi)關(guān)時(shí)的參考，如果接入繞組匝數(shù)少的一檔直流電阻反而比其他檔大時(shí)，為該檔接觸不良。假如某相的某一檔上直流電阻值比其余兩相的同一檔的電阻大，而在另外兩相各檔上的直流電阻基本相等時(shí)，則此檔就該重點(diǎn)檢查，分析故障原因后處理。若分接開(kāi)關(guān)觸頭有臟物和油垢，用抹布或衛(wèi)生紙揩拭干凈，觸點(diǎn)有放電灼損麻點(diǎn)或碳化物，要用#0細(xì)砂布擦光，動(dòng)、靜觸點(diǎn)灼傷嚴(yán)重應(yīng)更換新開(kāi)關(guān)。

　　(5)　分接開(kāi)關(guān)向外滲油、若是耐油膠墊老化所致，應(yīng)將其更換。是法蘭盤(pán)不緊或轉(zhuǎn)動(dòng)處向外滲油，視情況進(jìn)行處理。分接開(kāi)關(guān)絕緣部分受潮后，必須取下烘干后進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，6～1 0kV分接開(kāi)關(guān)的兩觸點(diǎn)之間，觸點(diǎn)與地之間的交流耐壓值應(yīng)>2kV，35kV分接開(kāi)關(guān)的交流耐壓值應(yīng)>5kV。若絕緣表面，芯內(nèi)有擊穿和灼損的，必須更換新開(kāi)關(guān)，在拆下開(kāi)關(guān)之前，應(yīng)注意將引線頭和接線柱加裝編號(hào)，記好方向，防止組裝時(shí)造成錯(cuò)誤接線燒壞變壓器。

　　(6)　高壓引線有斷裂，燒熔時(shí)，應(yīng)檢查相間、線間的絕緣距離，對(duì)地距離，并根據(jù)情況加強(qiáng)絕緣和距離調(diào)整，對(duì)引線進(jìn)行修復(fù)調(diào)整，將所有缺陷處理完后，用凱爾文雙臂電橋測(cè)量無(wú)載分接開(kāi)關(guān)各個(gè)位置的觸點(diǎn)電阻應(yīng)<500μΩ，用2500V兆歐表測(cè)量觸點(diǎn)之間的絕緣電阻值，6 —10kV分接開(kāi)關(guān)應(yīng)>100MΩ，35kV分接開(kāi)關(guān)應(yīng)>2000MΩ。

　　(7)　分接開(kāi)關(guān)在組裝，調(diào)試完畢后，再用雙臂電橋依次測(cè)量各檔位置的直流電阻值，并作好記錄，注意一定要將運(yùn)行檔的直流電阻值放在最后一次測(cè)量、測(cè)試合格后，不要再切換無(wú)載分接開(kāi)關(guān)位置。