避免变压器绕组变形累积引起的绝缘事故

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：对判明绕组有严重变形并逐渐加重的变压器,应尽快吊罩检查和检修处理。防止因变压器绕组变形累积造成的绝缘事故。对运行中的变压器,当发生短路时,应停止运行检查并紧固压紧装置,以防止松动后再次因短路而损坏。否则将可能在母线差动保护动作时,主变压器电源断路器均会误跳。

1.基本数据建档

国家电力公司《预防110kV～500kV变压器(电抗器)事故措施》指出,变压器出厂时应进行绕组变形试验,其中包括频响试验 (相间频响特性应具有良好的一致性)及低电压阻抗试验,作为变压器的基本数据建档。在交接、大修和出口短路时应开展此项工作,并与原始数据比较,结合油色谱分析和其他常规检查试验项目进行综合分析,判断变压器无故障后,方可投运。对判明绕组有严重变形并逐渐加重的变压器,应尽快吊罩检查和检修处理。防止因变压器绕组变形累积造成的绝缘事故。禁止变压器出口短路后,未经绕组变形试验及其他检查试验就盲目将其投入运行。

2.加强对变压器短路能力的试验研究

由上所述,短路故障电流产生的电动力是引起绕组变形的重要原因。所以防止绕组变形,提高变压器运行的可靠性,首先要从解决变压器能耐受短路的能力入手。运行中的变压器,当发生短路时,往往不知道或不重视,而对1～2次、2～3次短路能承受住的变压器,由于缺乏检查,又未能及时紧固已松动的压紧装置,以致再次发生短路时,绕组彻底损坏 (例如有的电厂厂用变压器短路7～8次后烧坏),或者数次短路后绝缘受损,并在过电压作用下导致绕组烧毁。总之,最后表现为绝缘事故,以致被误认为是变压器绝缘强度不够,一味地要求提高绝缘水平,总是在绝缘上兜圈子,其实是短路机械强度不够。

对短路机械强度的研究不能只依赖于理论计算和小模型的推算,要重视短路试验。为此,首先国家主管部门要采取措施,认真地将短路试验这一“特殊试验”开展起来,进行下去。其次,可将部分运行中的变压器抽下来做短路试验。从表面上看,要花费许多人力、物力、财力,但实际上会大大地提高变压器的可靠性,从而极大地减少系统中运行变压器短路事故造成的经济损失。从系统中抽出变压器进行试验,可更清楚地了解各制造厂的生产质量,反过来对制造厂也是一个很大的鞭策,更加明确择优选用变压器的目标。

目前,国家电力公司要求,订购变压器前,应向制造厂索取做过突然短路试验变压器的试验报告和抗短路能力动态计算报告;在设计联络会前,应取得所订购变压器的短路能力计算报告。

3.正确选择绕组的压紧力

变压器能否经受住短路电动力的冲击,除压紧结构的机械强度、绝缘加工质量、绕组绕制质量等因素有关外,绕组的压紧力起着重要作用。绕组在抵抗短路电动力冲击时,起主要作用有两个因素:一是绕组材质本身所固有的机械强度,如导线的抗拉、抗弯、抗压强度;另一个是绕组通过压紧后,线段与撑条、纸筒、垫块、端圈等相互间由于摩擦力而形成的稳固性。以饼式线圈为例,如果压紧力很小,线段与垫块间隙较大,在短路时轴向电动力将使线段沿轴向产生串动,线段很容易发生位移、倾斜、变形,使导线的纸包绝缘破损而导致变压器损坏。同时,在辐向力的作用下,线段也会发生沿辐向的串动,绕组在装配和绕制中存在的间隙集中于压紧力较小的部位,造成线段上应力过于集中,使线段变形、扭曲,甚至被拉断。

绕组的压紧力也不能过大,当压紧力超过一定的允许范围后,压紧结构就要发生变形,强度储备减小,降低了抵抗短路电动力的冲击能力。

对运行中的变压器,当发生短路时,应停止运行检查并紧固压紧装置,以防止松动后再次因短路而损坏。

4.器身可靠定位

器身可靠定位是防止运输中发生位移的关键,这是因为有的变压器投入运行不久即发生突发性事故,是由于运输中冲撞导致绕组损伤而引起的。然而,也有的变压器发生突发性事故往往并不是运输冲撞,而是由于变压器绕组的机械强度太差,以致不能承受运输过程中的颠簸而发生局部损坏,为防止这种事故发生,在结构设计中宜使用可靠的器身定位装置,避免在运输中发生位移。

5.改善短路保护系统,并注意重合闸问题

由上所述,保护系统动作不灵,是造成变压器绕组变形的重要原因之一。所以保证保护系统正确动作具有重要意义。

从运行角度讲,限制短路电流,消除保护“死区”,快速切除流过变压器的故障电流,是减小对变压器冲击、保护变压器不损坏的有效方法。

消除电流互感器与断路器之间的保护死区的方法有:

(1)将电流互感器与断路器的位置互换。图1-19为电流互感器与断路器位置互换的示意图。在单台变压器馈供的变电所中,低压侧及110kV母线无其他电源时,可以应用这种方法,从而使d1或d2点故障都可以由变压器的差动保护切除。但是,如果两台变压器并联时或110kV侧有其他电源时,由于发生在d2点的故障在母线保护范围以外而不能快速切除,仍成为保护的死区。变压器中压侧出线间隔的电流互感器与断路器位置互换,也引起设备布置上的不一致。

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图1-19　电流互感器与断路器位置互换示意图

(2)主变压器中压侧断路器加装闭锁接线。这种方法可有以下三种方案:

1)以变压器中压侧的三相电流继电器的常开接点,与中压侧断路器的跳闸位置接点串联后跳变压器的其他侧断路器。当母线差动保护动作,变压器中压侧总断路器跳开后,若变压器供给的故障电流仍存在,则跳变压器各侧的断路器。

2)以变压器中压侧断路器的跳闸位置接点、中压侧断路器的母线侧刀闸或进线侧刀闸的合闸位置接点和中区侧母线差动保护动作的接点串联后跳变压器的其他侧断路器。但要保证故障切除后,母线差动继电器先返回,而断路器的跳闸位置接点后接通。否则将可能在母线差动保护动作时,主变压器电源断路器均会误跳。

3)以变压器中压侧的三相电流继电器的常开接点启动时间继电器,经0.1s延时 (保证母线元件已切除的时间),再与中压侧母线差动保护动作的接点串联后跳变压器的其他侧断路器。此方案尚可兼作中压侧断路器的失灵保护。

这些方案可以消除电流互感器与断路器之间的死区。但是,断路器辅助接点的维护是继电保护运行的薄弱环节,另加电流继电器作闭锁条件将增加保护回路的复杂性。若再考虑以旁路母线开关代替主变压器中压侧断路器的运行方式,回路将更为复杂。给常年运行维护带来很麻烦的不利因素,降低了动作的可靠性。

(3)中压侧母线差动保护动作直接切除变压器的电源断路器。这个方法是当中压母线故障时,直接切断变压器各侧的断路器,牺牲35kV侧的负荷,消除了中压侧电流互感器与断路器之间的死区,简化了保护接线。根据负荷情况,一般的220kV降低变电所主要是向中压供负荷,而向就近的35kV变电所供的负荷一般是可以暂时停止的,待到中压侧进线闸刀拉开切除故障后可恢复供电。这种方法符合110～220kV电网继电保护与自动装置运行试行条例 (装置与整定部分)第14 条的规定。

(4)在110kV母线差动保护中增设一个很小的时限跳主变压器电源侧断路器。例如采用0.3s(使用高精度时间继电器的级差)或者0.1s(可保证0.2s切除)。当零秒段动作切除连接母线元件后故障仍未消除 (母线差动保护未返回),以0.3s(或者0.1s)切除变压器电源侧断路器。发生在电流互感器与断路器之间的故障可以以0.3s (或者0.1s)切除,而不需要由时限较长的后备保护切除,减小了变压器出口故障对变压器的冲击危害,而且也保证了母线其他区域故障时不切除主变压器的电源侧断路器,保证了一定的选择性。

综上所述,当35kV侧无重要负荷或变压器为双绕组变压器时,宜采用方法3;当35kV侧负荷不做牺牲,要求母线差动保护有选择性时,采用方法4为好。

对于变压器的过流保护 (后备保护),应该缩短动作时间,在满足与下一级保护配合的选择性条件下,越短越好,最长也不应该大于2s,以减小过电流对变压器的冲击。

鉴于目前运行中变压器抗外部短路强度较差的情况,对于系统短路跳闸后的自动重合或强行投运,应看到其不利的因素,否则有时会加剧变压器的损坏程度,甚至失去重新修复的可能。有些运行部门根据短路故障是否能瞬时自动消除的概率,对近区架空线 (如2km 以内)或电缆线路取消使用自动重合闸,或适当延长合闸间隔时间以减少因重合闸不成而带来的危害,并且尽量对短路跳闸的变压器进行试验检查。

6.加强绕组变形监测并及时检修

目前提出并开展的绕组变形测试技术,对变压器受到短路冲击后能否继续运行提供了重要的判断手段。例如,华北某电厂的一台SFPSB1—150000/220型电力变压器,中压侧曾遭受严重短路,绕组变形试验检出中压绕组发生了变形,吊罩检查发现,中压Am、Cm相靠高压压板上升25～30mm,Bm相有轻微上升,随后,在现场对该变压器进行了整修,及时防止了可能发生的突发性损坏事故。

再如,湖南省某电厂的一台SSPS—60000/110型电力变压器,低压侧遭受严重短路,绕组变形试验结果表明,该变压器未发生明显绕组变形。及时投入运行,不仅节省了大量的人力、物力和财力,还大大缩短了检修周期。

国家电力公司要求将变压器绕组变形测试纳入预防性试验项目,周期不超过5年。

对220kV及以上电压等级变电设备还需每年进行至少一次红外成像测温检查。

7.积极开展研究工作

研究变压器绕组变形与短路电流幅值、故障持续时间、短路次数之间的关系,指导变压器检修。对绕组变形试验确定有问题的变压器,研究一种在现场进一步确认的新手段,防止误判断。

避免变压器绕组变形累积引起的绝缘事故

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