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1 前言
電力變壓器在電力系統(tǒng)中運(yùn)行,發(fā)生短路是人們竭力避免而又不能絕對(duì)避免的,特別是出口(首端)短路,巨大的過(guò)電流產(chǎn)生的機(jī)械力,對(duì)電力變壓器危害極大。因此,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1094和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC76均對(duì)電力變壓器的承受短路能力作出了相應(yīng)規(guī)定,要求電力變壓器在運(yùn)行中應(yīng)能承受住各種短路事故。然而,近五年來(lái)對(duì)全國(guó)110kV及以上電壓等級(jí)電力變壓器事故統(tǒng)計(jì)分析表明,因短路強(qiáng)度不夠引起的事故已成為電力變壓器事故的首要原因,嚴(yán)重影響了電力變壓器的安全、可靠運(yùn)行。
本文就因外部短路造成電力變壓器損壞事故的情況作一統(tǒng)計(jì)分析,進(jìn)而提出了減少這一類事故的措施,試圖以此促進(jìn)制造廠對(duì)電力變壓器產(chǎn)品的改進(jìn)和完善,同時(shí)促使運(yùn)行部門(mén)進(jìn)一步提高運(yùn)行管理水平。
2 大型電力變壓器短路事故情況
由表1不難看出,電力變壓器短路強(qiáng)度不夠已成為導(dǎo)致電力變壓器損壞事故的主要原因之一,也成為電力變壓器運(yùn)行中的突出問(wèn)題。為此,提高大型電力變壓器抗短路能力勢(shì)在必行。
3 大型電力變壓器短路事故原因分析
3.1 電力變壓器本身動(dòng)穩(wěn)定性能差
電力變壓器因外部短路而損壞的因素很多,情況也比較復(fù)雜。但從近五年來(lái)電力變壓器短路事故發(fā)生的過(guò)程、現(xiàn)象及其事后的解體檢查情況看,電力變壓器之所以短路后立即造成損壞,主要是電力變壓器本身抗短路能力不夠。也就是說(shuō),電力變壓器動(dòng)穩(wěn)定性能先天不足,追其原因大致有以下幾點(diǎn):
(1)變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,對(duì)作用在電力變壓器繞組上的電動(dòng)力,僅用靜力學(xué)的理論計(jì)算,看來(lái)是不能正確反映電力變壓器承受短路電流沖擊能力的。因?yàn)槔@組各部分的作用力和形變的關(guān)系是很復(fù)雜的,也是隨時(shí)間在變化的。因此,只有對(duì)動(dòng)態(tài)過(guò)程進(jìn)行分析,才能使電動(dòng)力的研究結(jié)果更符合實(shí)際情況。正是這一原因致使一部分電力變壓器在遭受低于規(guī)定強(qiáng)度的短路電流沖擊,且保護(hù)速動(dòng)下,仍然發(fā)生繞組變形現(xiàn)象,甚至導(dǎo)致絕緣擊穿。這明顯地說(shuō)明這些電力變壓器的動(dòng)穩(wěn)定性較差,不能承受短路瞬間的非對(duì)稱電流第一個(gè)峰值產(chǎn)生的電動(dòng)力作用。如東北遼陽(yáng)變電站一臺(tái)DFPSF-250000/500電力變壓器,在發(fā)生互感器事故時(shí)形成低壓側(cè)三相短路,造成低壓側(cè)引線支架多處斷裂,繞組變形,低壓X2端繞組與鐵心短路。事故時(shí)短路電流為105kA,低于電力變壓器應(yīng)承受的電流值,保護(hù)動(dòng)作也正常,但仍使變壓器損壞。又如江蘇諫壁發(fā)電廠一臺(tái)SFP-360000/220變壓器,在機(jī)組與電網(wǎng)解裂時(shí),機(jī)組縱向差動(dòng)保護(hù)、主變重瓦斯保護(hù)和發(fā)電機(jī)負(fù)序、主變零序保護(hù)動(dòng)作,壓力釋放閥動(dòng)作噴油、起火,導(dǎo)致A相高壓繞組變形,偏離軸線傾斜;A相低壓繞組有幾十根線匝從鐵心柱和壓板間冒出,嚴(yán)重變形;A相鐵心嚴(yán)重?fù)p壞。
事故后,多次組織由各方面專家組成的事故分析小組,對(duì)事故進(jìn)行細(xì)致的分析,認(rèn)為造成電力變壓器嚴(yán)重?fù)p壞的主要原因是電力變壓器承受短路能力不夠。吊心檢查還發(fā)現(xiàn)上述兩組電力變壓器的低壓繞組均采用機(jī)械強(qiáng)度很差的換位導(dǎo)線。此外,還有因繞組的動(dòng)穩(wěn)定強(qiáng)度不夠發(fā)生重復(fù)性事故。如山西神頭第一發(fā)電廠2號(hào)聯(lián)變120000kVA/500kV單相自耦電力變壓器,繼1990年B相事故后,又發(fā)生C相類似事故。運(yùn)行中,由于220kV單相短路發(fā)展為B、C相短路,持續(xù)220ms,電力變壓器壓力釋放閥動(dòng)作,高壓套管爆破,油箱焊縫開(kāi)裂10處,繞組嚴(yán)重變形。這說(shuō)明該組電力變壓器沒(méi)有承受近區(qū)短路故障的能力。
由上可見(jiàn),在電力變壓器運(yùn)行管理上有需要總結(jié)和改進(jìn)之處。
由表1不難看出,電力變壓器短路事故臺(tái)次占同期事故臺(tái)次的百分?jǐn)?shù)是逐年增長(zhǎng)的,特別是1995年竟達(dá)49%左右,這已達(dá)到不能容忍的地步了。之所以出現(xiàn)這一局面,除了上述原因之外,還與長(zhǎng)期受試驗(yàn)條件所限,未能對(duì)110kV及以上電力變壓器在投運(yùn)前對(duì)其短路強(qiáng)度進(jìn)行考核,以及近年來(lái)城網(wǎng)改造對(duì)110kV電力變壓器需要量劇增,制造廠忽視了產(chǎn)品質(zhì)量等情況有關(guān)。正因?yàn)檫@樣,一些制造廠的產(chǎn)品遇上一次外部短路即發(fā)生損壞事故。事故后有些制造廠在結(jié)構(gòu)上未做任何改進(jìn)又投產(chǎn)了而有些制造廠雖然對(duì)結(jié)構(gòu)做了一些改進(jìn),但因試驗(yàn)條件有限或耗資巨大,也無(wú)法來(lái)驗(yàn)證各項(xiàng)改進(jìn)措施的有效性,其電力變壓器短路事故仍然未見(jiàn)明顯減少。為此,要求變壓器制造廠在目前國(guó)內(nèi)已具備短路試驗(yàn)?zāi)芰Φ那闆r下,應(yīng)選取有一定代表性的產(chǎn)品進(jìn)行短路試驗(yàn),以實(shí)際來(lái)考核典型產(chǎn)品承受短路的能力,同時(shí)驗(yàn)證短路力的計(jì)算公式和各項(xiàng)工藝措施的有效性,最終達(dá)到提高產(chǎn)品的抗短路能力的目的。
4.2 所統(tǒng)計(jì)的短路事故中110kV電力變壓器居多表2列出了近五年因短路而造成不同電壓等級(jí)電力變壓器損壞事故的情況。
b.從設(shè)計(jì)上要盡量達(dá)到安匝平衡,工藝上要嚴(yán)格控制繞組抗短路能力。
c.提高繞組軸向強(qiáng)度的措施:采用恒壓干燥,墊塊預(yù)密化,改進(jìn)鐵軛夾件結(jié)構(gòu),采用加強(qiáng)的整圓形壓板取代半圓形壓板,必要時(shí)采用鋼壓板以提高壓板的強(qiáng)度和剛度。
f.對(duì)生產(chǎn)量大的電力變壓器產(chǎn)品,其抗短路應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)考核,以驗(yàn)證強(qiáng)度計(jì)算的正確性。
各廠可結(jié)合自身?xiàng)l件研究新的結(jié)構(gòu)加強(qiáng)方案。在短路試驗(yàn)樣機(jī)上得到驗(yàn)證的各種結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施,應(yīng)在相同或相烊似的產(chǎn)品上加以實(shí)施。
(4)運(yùn)行部門(mén)也應(yīng)采取措施,降低出口和近區(qū)短路故障幾率,如:提高繼電保護(hù)和直流電源的可靠性,要選用可靠性高的低壓設(shè)備,加強(qiáng)對(duì)低壓母線及其所有連接設(shè)備的維護(hù)管理,防止小動(dòng)物短路和其它意外短路,防止誤操作和開(kāi)關(guān)拒動(dòng)或非同期合閘,選用全工況開(kāi)關(guān)裝置,防止配電室“火燒連營(yíng)”。對(duì)6～10kV電纜出線或短架空出線盡量不用重合閘,以避免事故擴(kuò)大。
(5)電力變壓器繞組變形測(cè)量正在各地積極開(kāi)展。經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題的電力變壓器應(yīng)通過(guò)吊檢和其它試驗(yàn)進(jìn)行綜合判斷,注意跟蹤檢查和修理,防止變形的積累演變成絕緣事故。避免電力變壓器在經(jīng)歷出口短路后未經(jīng)任何試驗(yàn)和檢查就試投。
(6)鑒于近期已有一些廠家準(zhǔn)備做電力變壓器的短路試驗(yàn),建議有關(guān)部門(mén)結(jié)合系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行工況,參照IEC標(biāo)準(zhǔn),制定適合我國(guó)國(guó)情的“電力變壓器短路試驗(yàn)導(dǎo)則”(包括短路時(shí)間電流倍數(shù)、判斷標(biāo)準(zhǔn)等具體規(guī)定)。
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