李開天

變壓器過負(fù)荷分析及措施

李開天①

(山西興能發(fā)電有限責(zé)任公司)

變壓器過負(fù)荷運(yùn)行是變壓器的一種正常運(yùn)行狀態(tài)。介紹了變壓器過負(fù)荷的形式,分析了變壓器過負(fù)荷的危害及致因,論述了變壓器安全過負(fù)荷的運(yùn)行條件,提出了減少變壓器過負(fù)荷危害的措施。

變壓器;過負(fù)荷;分析;措施

近年來,變壓器事故時有發(fā)生,而且有增長的趨勢。從變壓器事故情況分析來看,過負(fù)荷是電力變壓器事故的重要原因,對電網(wǎng)造成很大危害,嚴(yán)重影響電網(wǎng)安全運(yùn)行。

本文就電力變壓器過負(fù)荷類型和造成損壞程度進(jìn)行分析,提出了目前有關(guān)可以過負(fù)荷運(yùn)行變壓器的問題和減少這一類危害的措施。

1 變壓器過負(fù)荷的形式

變壓器過負(fù)荷分正常過負(fù)荷和事故過負(fù)荷兩種。

1)變壓器在運(yùn)行中的負(fù)荷是經(jīng)常變化的,即負(fù)荷曲線有高峰和低谷,在高峰時可能使變壓器過負(fù)荷。變壓器過負(fù)荷運(yùn)行時,絕緣壽命損失將增加,而輕負(fù)荷時絕緣壽命損失將減小,兩者相互補(bǔ)償仍使變壓器獲得正常老化壽命損失的過負(fù)荷稱為正常過負(fù)荷。所以變壓器的過負(fù)荷能力就是以不犧牲變壓器的正常壽命為原則而制定的。

正常過負(fù)荷(也稱“長期急救周期性負(fù)載”)多數(shù)出現(xiàn)在以下幾種情況：

a)系統(tǒng)中部分變壓器因故障或檢修而長期退出運(yùn)行。b)系統(tǒng)運(yùn)行方式改變,使部分變壓器負(fù)載增大。c)用戶負(fù)載增加,而新的變壓器短時間內(nèi)不能投入。變壓器過負(fù)荷運(yùn)行時,除考慮正常壽命損失,并注意繞組最熱點(diǎn)溫度不超過允許值外,還應(yīng)考慮到套管、引線、焊接點(diǎn)和分接開關(guān)等組件的過負(fù)荷能力以及與變壓器連接的各種設(shè)備如電纜、斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器等的允許過負(fù)荷、過電流能力。

2)事故過負(fù)荷。多數(shù)發(fā)生在以下情況：

a)一個變電所的某臺變壓器發(fā)生故障,而該變壓器的負(fù)載不能全部切除故障或轉(zhuǎn)移到其它變電所,迫使本變電所其它變壓器超負(fù)載。b)系統(tǒng)中發(fā)生一個或多個事故,使部分不能切換的負(fù)載轉(zhuǎn)移到某臺或幾臺變壓器上。事故過負(fù)荷可能出現(xiàn)較高倍數(shù)的過電流而導(dǎo)致繞組熱點(diǎn)溫度達(dá)到危險程度,對絕緣安全有一定風(fēng)險,因此一旦發(fā)生,必須迅速降低負(fù)載或縮短運(yùn)行時間,以免變壓器發(fā)生故障。

2 變壓器過負(fù)荷危害及原因分析

變壓器過負(fù)荷引起變壓器各部分溫度升高、絕緣老化、使用壽命降低,直至損壞。變壓器器運(yùn)行時,其繞組和鐵芯中的電能損耗都將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?使變壓器的溫度升高。這些熱量由繞組和鐵芯內(nèi)部以傳熱方式傳至導(dǎo)體或鐵芯表面,再以對流方式傳至變壓器油中。對于大容量變壓器,這些熱油經(jīng)強(qiáng)風(fēng)(或水)冷卻器,冷卻后再用油泵送回變壓器?？梢?變壓器運(yùn)行時,各部分溫度分布極不均勻,其中以繞組的溫度最高。通常,變壓器各部分溫度以平均溫升和最大溫升計(jì)算。繞組或油的最大溫升是指其最熱處的溫升;繞組或油的平均溫升是指整個繞組或全部油的平均溫升。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定變壓器的額定使用條件為：最高氣溫為 +40℃;最高日平均氣溫 +30℃;最高年平均氣溫 +20℃;最低氣溫 -30℃。而且變壓器各部分的溫升不得超過表1中所列各值：

1)變壓器的絕緣老化。變壓器的絕緣老化,主要是因?yàn)闇囟?、濕度、氧氣和油中的劣化產(chǎn)物的影響,高溫是老化的直接原因。運(yùn)行中絕緣的工作溫度愈高,化學(xué)反應(yīng)(主要是氧化作用)進(jìn)行得愈快,引起機(jī)械強(qiáng)度和電氣強(qiáng)度喪失得越快,即絕緣的老化速度愈大,變壓器的使用年限也愈短。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,變壓器在額定負(fù)載下運(yùn)行,繞組平均溫升為65℃。通常,繞組最熱點(diǎn)溫升為13℃,即78℃。如果變壓器在額定負(fù)載和環(huán)境溫度為20℃下連續(xù)運(yùn)行,則繞組最熱點(diǎn)溫度為98℃。變壓器使用的A級絕緣(油浸電纜紙)在98℃下使用,其老化壽命(使用年限)在20年以上。這種運(yùn)行條件下的老化壽命為正常的老化壽命,其每天的壽命損失為正常日壽命損失。根據(jù)研究表明,繞組溫度每增加6℃,老化壽命將縮短一半,即絕緣老化的6℃規(guī)則。繞組在不同的最熱點(diǎn)溫度下的相對壽命損失,見表2。

表2 繞組在不同的最熱點(diǎn)溫度下的相對壽命損失

綜上所述,變壓器運(yùn)行時,其繞組溫度維持在 +98℃可獲得正常的老化壽命。但實(shí)際上繞組溫度受氣溫和負(fù)荷波動的影響,變動范圍很大,因此,將繞組最高允許溫度規(guī)定為98℃,則大部分時間繞組溫度達(dá)不到該溫度,變壓器的負(fù)荷得不到充分利用;如果不規(guī)定繞組最高允許溫度,或者將該值規(guī)定過高,變壓器又可能得不到正常老化壽命。為了解決上述問題,規(guī)定在一部分時間內(nèi),根據(jù)運(yùn)行要求容許繞組溫度大于98℃,而在另一部分時間內(nèi)使繞組溫度小于98℃,只要使變壓器在溫度較高的時間內(nèi)多損失的壽命與變壓器在溫度較低時間內(nèi)少損失的壽命相互補(bǔ)償,從而使變壓器的老化壽命可以和98℃運(yùn)行時等值。這就是所謂的等值老化原則。如果令λ為絕緣老化率。顯然,λ?1,則變壓器的老化大于正常老化,老化壽命大為縮短;如果λ?1,變壓器負(fù)荷能力未得到充分利用。因此,在一定時間間隔內(nèi),使λ接近1,是制定變壓器負(fù)荷能力的主要依據(jù)。

3 變壓器安全過負(fù)荷運(yùn)行條件

變壓器過負(fù)荷運(yùn)行時,除考慮正常壽命損失,并注意繞組最熱點(diǎn)溫度不超過允許值外,還應(yīng)考慮到套管、引線、焊接點(diǎn)和分接開關(guān)等組件的過負(fù)荷能力以及與變壓器連接的各種設(shè)備如電纜、斷路器、隔離開關(guān)、電流互感器等的允許過負(fù)荷、過電流能力。綜合考慮上述因素并結(jié)合我國變壓器目前的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),推薦正常過負(fù)荷的最大值如下：油浸自冷、風(fēng)冷變壓器為額定負(fù)荷的1.3倍;強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷,水冷變壓器為1.2倍;同時繞組最熱點(diǎn)溫度不超過120℃,對于載流部分和冷卻系統(tǒng)存在缺陷以及全天滿負(fù)荷運(yùn)行的變壓器不宜過負(fù)荷運(yùn)行。

為了減少停電損失,個別或部分變壓器將在較長的時間內(nèi)周期性的過負(fù)荷運(yùn)行。這時,整個運(yùn)行期間的平均相對老化率可大于1,甚至遠(yuǎn)大于1,將在不同程度上縮短變壓器的壽命,應(yīng)盡量減少出現(xiàn)這種運(yùn)行方式的次數(shù);必須采用時,應(yīng)盡量縮短運(yùn)行的時間,降低過負(fù)荷倍數(shù)。

4 結(jié) 論

當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生事故時,保證不間斷供電是首要任務(wù),變壓器絕緣加速是次要的,所以事故過負(fù)荷和正常過負(fù)荷不同,它是以犧牲變壓器壽命為代價的,絕緣老化率容許比正常過負(fù)荷時高得多。但是確定事故過負(fù)荷時,同樣要考慮繞組最熱點(diǎn)的溫度不要過高,避免引起事故擴(kuò)大。和正常過負(fù)荷一樣,事故過負(fù)荷時繞組最熱點(diǎn)溫度不得超過120℃,過負(fù)荷倍數(shù)不得超過1.7。

為了使事故過負(fù)荷不致于過分減少變壓器的壽命或造成事故,油浸式變壓器事故過負(fù)荷的允許運(yùn)行時間按不同的冷卻方式和環(huán)境溫度,可按照有關(guān)的規(guī)定或參照制造廠提供的數(shù)據(jù)運(yùn)行。但應(yīng)注意的是,此時應(yīng)投入備用冷卻器。

TD612

B

1672-0652(2010)增刊 -0026-02

李開天 男 1982年出生 2004年畢業(yè)于太原理工大學(xué) 助理工程師 古交 030206

2010-03-16