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超高壓變壓器
閱讀�3575時間�2018-01-29 10:23:47

變壓器是�(fā)電廠和變電站的重要設(shè)�,對于電力供電質(zhì)量、電力系�(tǒng)運行�(wěn)定性有著重要的影響,超高壓變壓器造價�、運行責任重�,因而強化對其故障處理的研究極其重要�

技�(shù)體系

  超高壓變壓器的設(shè)計與制造,依賴于完善的技�(shù)體系作為變壓器可靠性與�(jīng)濟性的保彰。否則,變壓器的�(shè)計與制造過�,若無規(guī)可循、無�(jù)可依,而過度依賴個別人員的設(shè)計與制造經(jīng)�,則將直接導致大型變壓器的設(shè)計質(zhì)量與制造質(zhì)量存在各種隱�,變壓器的可靠性與�(jīng)濟性無從談起,可能造成企業(yè)巨大�(jīng)濟損失并嚴重削弱市場競爭�。符合當代西方超高壓變壓器設(shè)計及制造技�(shù)理念的完整技�(shù)體系�(yīng)由以下要素構(gòu)成:
  一、全套電力變壓器�(shè)計手冊,電壓等級涵蓋35kV~220�500)kV、容�420000kVA及以�,包括但不限于:
 ?�?)電磁計算手�;本手冊指導所有雙圈及三圈、有載及無載、自耦及非自耦變壓器的電磁計算,包括空載損�、負載損耗、阻�、溫升等主要參數(shù)�
  �2)線圈設(shè)計手�;本手冊指導電壓等級220kV及以下的所有典型線圈結(jié)�(gòu)�(shè)計;
 ?�?)絕緣設(shè)計手�;本手冊指導電壓等級220kV及以下的所有典型器身絕緣的�(jié)�(gòu)�(shè)��
 ?�?)鐵芯設(shè)計手冊;本手冊指導典型鐵芯(單相或三�、三柱或五柱)及夾件的結(jié)�(gòu)�(shè)計;
 ?�?)引線設(shè)計手�;本手冊指導電壓等級220kV及以下的所有典型引線絕緣的�(jié)�(gòu)�(shè)��
 ?�?)油箱設(shè)計手�;本手冊指導所有典型油箱及升高座等外部鋼結(jié)�(gòu)件的�(jié)�(gòu)�(shè)��
  �7)外裝設(shè)計手�;本手冊指導所有外部裝配的�(jié)�(gòu)�(shè)計;
  �、變壓器�(shè)計系列軟�,包括但不限于:
  �1)《大型油浸式變壓器優(yōu)化設(shè)計軟件�;在�(shè)定技�(shù)參數(shù)要求值、現(xiàn)行主材價格的前提�,根�(jù)�(shù)�(jù)庫中的鐵芯及導線�(shù)�(jù),快速計算輸出滿足性能要求的成本化的基本設(shè)計方�,必須涵蓋電壓等�220kV及以�、雙圈及三圈、有載及無載、自耦及非自耦的電力變壓器�
 ?�?)《雷電沖擊波過程計算軟件》;模擬變壓器在雷電全波沖擊、截波沖擊電壓作用下線圈各點的對地電位分布及線圈段間電位分布,以此作為電氣設(shè)計時校驗線圈間主絕緣、線圈縱絕以及有載開�(guān)的主、縱絕緣安全裕度的計算依�(jù)�
 ?�?)《負載損耗計算軟件�;準確地計算出大型變壓器的負載損�;該程序�(yīng)可將線圈間安匝分布不平衡而引起的橫向漏抗引起的附加渦流損耗亦考慮在內(nèi),根�(jù)已知的線圈間的軸向電抗和橫向電抗,計算出線圈的每一個線餅的軸向渦流百分�(shù)和橫向渦流百分數(shù),從而達到較為準確地計算大型變壓器負載損耗的目的�
 ?�?)《阻抗計算軟件�;準確地計算出大型變壓器的阻抗電�;該程序�(yīng)可將線圈間安匝分布不平衡而引起的橫向漏抗以及端部漏磁彎曲效應(yīng)考慮在內(nèi),根�(jù)變壓器的磁勢平衡方程式,計算出多線圈變壓器在各分接下的軸向電抗和橫向電抗,這對于阻抗允許偏差較小的大型變壓器有重要意義�
 ?�?)《短路機械力計算軟件》;根據(jù)變壓器線圈的安匝分布,計算出在系�(tǒng)容量無窮大的最嚴格情況下的各線圈所有線段受力狀況,包括軸向機械�、輻向機械力、內(nèi)線圈向內(nèi)彎曲�(yīng)�、外線圈向外拉伸�(yīng)力、墊塊壓縮應(yīng)�、端部導線應(yīng)力、線段側(cè)倒力以及螺旋式線圈的反彈力等�,這些�(shù)�(jù)為提高變壓器抗短路能力提供了可靠的理論依�(jù)�
  �6)《漏磁通計算軟件�;根�(jù)變壓器線圈的安匝分布,計算出變壓器內(nèi)部金屬結(jié)�(gòu)件(鐵心拉板、夾件)及變壓器油箱各點的漏磁通量,由此求出夾�、拉板和油箱的溫�;針對結(jié)�(gòu)件中溫升�(shù)�(jù),確定是否需要采取油箱磁屏蔽、夾件磁屏蔽、拉板開隔磁槽以及使用低磁鋼板制作結(jié)�(gòu)件等措施,以防止�(jié)�(gòu)件的局部過�,同時降低變壓器的雜散損��
  �7)《鐵心截面分割計算軟件�;根�(jù)指定的鐵芯硅鋼片的單位損耗參�(shù),在�(shè)定鐵心在110%過勵磁情形下的鐵心內(nèi)部容許溫升和表面容許溫升�,計算出滿足溫升條件的合理的鐵心截面分割;尤其在計算鐵芯�(shè)計手冊指定形狀和直徑以外的非標準鐵芯直徑尺寸和形狀時相當必��
  �8)《循�(huán)油流計算軟件�,分別計算出自然油循�(huán)下及強迫油循�(huán)下各線圈的油流量分配、水平油道流�、線圈內(nèi)外側(cè)垂直油道的流�、線圈對油的平均溫升。根�(jù)溫升計算�(jié)�,調(diào)整冷卻器�(shù)�、導向擋油板�(shù)�、導油孔大小及數(shù)�、線圈內(nèi)外側(cè)垂直油道寬度、水平油道大小,以滿足線圈溫升的要求;另�,出于抑制油流帶電的需�,控制各處油流速度在許可的范圍�(nèi)。這對于特大容量及超高壓變壓器很有必要�
 ?�?)《INFOLYTICA電磁場仿真軟件�;MagNet是Infolytica公司開發(fā)�2D�3D低頻電磁仿真分析工程軟件。MagNet采用有限元法,這個方法經(jīng)過Infolytica軟件研發(fā)人員的不斷完善和增強,可以精確和快速地�2D�3D電磁模型進行建模和計�,并通過完善的后處理,方便的提供給設(shè)計者所需要的�(shù)�(jù)和圖�。MagNet強大的參�(shù)化功能和腳本語言,使MagNet成為工程師對�(shè)計模型建模和�(yōu)化的工具。結(jié)合ElecNet、ThermNet系列軟件,對變壓器的復雜電場、磁�、溫度場進行全面仿真,輸出所需的損�、阻�、溫升等�(shù)�(jù);這樣可以減少由于�(shè)計參�(shù)的變化帶來的樣機制作與試驗過程,大大減少了產(chǎn)品的研發(fā)周期,降低研�(fā)成本�
  �、變壓器制造作�(yè)指導書(工作�(guī)范書�
  “作�(yè)指導書�,相當于國內(nèi)變壓器企�(yè)慣有的“技�(shù)條件”的升級�,它比技�(shù)條件更加詳盡、指導性強;作為控制工序質(zhì)量的主要依據(jù),規(guī)范現(xiàn)場操�,保證質(zhì)�;在吸收行業(yè)新技�(shù)、新材料、新�(shè)�、新工藝等先進實用成果的基礎(chǔ)�,結(jié)合技�(shù)�(fā)展與實踐�(jīng)驗進行編撰,可詳盡指導制造現(xiàn)場的每一步操�。它可使新手盡快掌握各個工序步驟的標準作業(yè)細節(jié)。在日本東芝技�(shù)體系�,“作�(yè)指導書”之外還另有“工作規(guī)范書”,“工作規(guī)范書”通常敘述適用對象、材�、制作簡要過�、質(zhì)量標準,而“作�(yè)指導書”則詳細描述適用對象、配套工裝設(shè)�、材料、工藝準�、分步驟的操作過程、檢驗方法及注意事項,它是根�(jù)工作�(guī)范書的要求具體指導操作過�,相當于手把手地演示零部件制作過程或工藝流程�
  �、通用圖圖�
  通用圖,即把不同�(guī)�、容量變壓器�(chǎn)品所常用、共用的零部件以固定代號的圖樣繪�,以便在�(shè)計中引用;因為即便大型變壓器�(guī)格千差萬�,但仍有許多零部件的�(guī)格是一致或相仿的,例如升高�、壓力釋放閥、法�、端�、密封墊、靜電板、撐條、角�(huán)、連接管等�,至少是形狀相同,所不同者僅為個別參數(shù)(長�、寬度、內(nèi)外徑等),因此只需在通用圖中引入些許變量參數(shù)即可定義該零�。建立盡可能完善的通用圖庫的益處是,減少出圖工作量,減少設(shè)計差錯和制造差�,并且有利于零部件的庫存管理和提高生�(chǎn)效率。因�,國�(nèi)傳統(tǒng)變壓器大型廠家都建有完備的通用圖庫,并隨著�(chǎn)品結(jié)�(gòu)升級和技�(shù)更新持續(xù)補充�
  �、工序質(zhì)量管理WSS體系
  WSS體系:指把從原材�,零部件進貨后的入廠檢驗到產(chǎn)品完成的整個過程分成細致的作業(yè)工序(工作站:WS),在每個工作站�(shè)定了所需的檢�,并加以實施,只有通過檢查合格的產(chǎn)品才能移交下一個工作站,最終生�(chǎn)出令人滿意的�(chǎn)品的系統(tǒng);基于大型油浸式電力變壓器的制造流�,根�(jù)�(shè)計圖樣要求的�(zhì)量,把變壓器制作全過程劃分為適當?shù)墓ば?,確定工序作�(yè)�(nèi)容、作�(yè)方法、判斷標�、質(zhì)量控制記�,明確各工序的檢驗項�、自�、互檀專檢點�(shè)�,上下工序間相互傳遞有據(jù)可查,具有可追溯�。分別編制油箱制�、鐵心制�、線圈制�、線圈整體絕緣裝�、變壓器器身裝配、變壓器總裝配WSS體系��
  �、試驗指導書及檢�
  試驗指導�,指包括檢驗試驗的內(nèi)�、順序、注意事�、結(jié)果的判定方法、判定標準在�(nèi)的操作程�?qū)懗傻闹笇恢笇ё儔浩鞯某鰪S試驗、型式試驗及特殊試驗的作�(yè)�(guī)范;檢驗�,指對每個工序能明確表示出“誰�(yīng)該檢驗什�?”,能記入檢驗結(jié)果并蓋章,并能簡單地判定�(yōu)劣的檢驗�。檢驗表用于對油浸式變壓器全部制造流程的所有工序控制點進行記錄及檢驗�
  �、材料及組部件采購規(guī)范書
  明確采購物品的技�(shù)要求,確保采購物品質(zhì)量符合規(guī)定要�;采購規(guī)范書�(yīng)明確材料及組部件的適用范圍和技�(shù)要求(包括性能參數(shù)、使用條�、外形及安裝尺寸、外觀要求及驗收標準)。本�(guī)范作為采購部門訂購及驗收材�、組部件的技�(shù)依據(jù)�

故障處理

  變壓器是電力系統(tǒng)的心�,做好變壓器的維�、檢修對于保障電力系�(tǒng)的運行穩(wěn)定及其重要。如今我國電力系�(tǒng)正在朝著超高�、大容量的方向不斷發(fā)�,電力供電網(wǎng)�(luò)的覆蓋面和容量逐漸增加,使得變壓器也逐漸向著超高壓、大容量的方向發(fā)�。然而變壓器的等級越高,�(fā)生故障的幾率就越�,變壓器運行故障所造成的危害也越大,因而做好超高變壓器的故障分�、維護修復以及日常管理對于促進電力系�(tǒng)�(wěn)定性安全性的提升有著重要的意義�
  超高壓變壓器常見故障原因分析
  超高壓變壓器故障原因往往較為復雜,要對變壓器故障進行準確診斷就要首先認識變壓器常見故障原因:
  1、線路干�
  線路干擾也稱線路涌流,是造成變壓器故障最常見的原�,一般是由合閘過電壓、電壓峰值、線路故�、閃�(luò)以及其他輸配方面的異常造成的�
  2、絕緣老化
  �(jù)�(tǒng)�,絕緣老化是造成變壓器故障第二位的原因,絕緣老化會大大縮短變壓器的使用壽�,并向造成變壓器故�,資料顯示絕緣老化會將使用壽命�35~40年的變壓器平均縮短到20��
  3、過�
  過載指的是變壓器長期在處于超過銘牌功率的狀�(tài)下工�,這種情況常常�(fā)生在�(fā)電廠和用電部門,且隨著過負荷運行時間的增長,絕緣溫度會逐漸升高,這加速了絕緣部件的老化,絕緣部分老化、強度降�,就容易因外部沖擊而破�,從而造成變壓器故障�
  4、安裝不�
  保護�(shè)備選擇不當以及安全操作不�(guī)范都會造成變壓器故障隱�,一般來說因避雷�(shè)備選擇不�、保護繼電器及斷路器安裝不當而造成的變壓器故障較為常見�
  5、維護不�
  日常維護不當造成的超高變壓器故障并不在少�(shù),例如維護不當造成變壓器受�;潛油泵檢修不及時造成銅末混入變壓器,在負壓區(qū)吸入空氣;接線錯誤;連接處松�、發(fā)熱;分接開關(guān)接觸不到位等��
  6、制造不�
  盡管因工藝質(zhì)量差而造成的超高變壓器故障僅占少數(shù),但因此種原因而造成的故障往往較為嚴重,危害較�。例如線端松動、墊塊松�、焊接不�、抗短路強度過低�,一般都是因�(shè)計缺陷或制造不良而造成��
  超高變壓器故障的判定與處�
  1、故障情�
  某變壓器額定電壓為(345±8)�1.25kV/121kV/35kV,額定容量為240MVA/240MVA/72MVA,主變壓器以往運行情況�(wěn)�。某日對該主變壓器進行例行油色譜分析,�(fā)�(xiàn)該主變壓器本體絕緣油中乙炔含量為2.3μl/l,于是在當天下午和晚上兩次分別取樣化驗確認該相變壓器本體油的乙炔增長過快并表明在該變壓器�(nèi)部存有放電現(xiàn)�,遂于次日凌晨左右將主變壓器停運�
  2、現(xiàn)場處�
  為了確定變壓器故障性質(zhì)及放電部位進行了如下分析:
  1)脈沖電流法,通過脈沖電流測試�(fā)�(xiàn),隨著試驗電壓的升高和試驗時間的增長,該變壓器局部放電的電量顯著增長。放電起始電壓和熄滅電壓隨著試驗進行逐漸降低�
  2)局部放電圖譜測量。通過對所得波形圖譜進行分析,可判定變壓器的放電部位在繞組內(nèi)��
  3)局部放電超聲定�。通過幾次局部放電超聲定位試�,傳感器在電壓較高是采集到個別微弱且極不穩(wěn)定的超聲波信號,這再次證明放電部位應(yīng)位于繞組�(nèi)��
  4)油色譜試驗。局部放電試驗后乙炔體積分數(shù)上升�231.44×10-6表明該變壓器在局部放電試驗過程中其內(nèi)部存在較強烈的電弧放��
  3、故障原因分�
  根據(jù)�(xiàn)場分�,認為造成放電故障的原因有以下幾點�
  1)絕緣紙�。絕緣紙板的加工有一定的分散�,因而絕緣紙板存在一定的�(zhì)量缺�,使用過程中改變了電場分布;
  2)調(diào)壓線圈靜電屏絕緣裕度不足。曲率半徑太小,均壓效果不理�,從而引�(fā)該位置放電擊��
  3)日常維護不徹底。設(shè)備受�,海綿等遺留雜物也是造成放電故障的原因之一�
  變壓器的修復
  為了排除放電故障采取了以下維修措施:
  1)對損壞和老化的絕緣部件進行了更�,對低壓線圈和調(diào)壓線圈的擊穿點進行了修�,從而提升了該處的絕緣強度,避免放電引起擊穿,同時,考慮到主絕緣在擊穿過程中也受到一定的損壞,因而更換了低壓線圈和調(diào)壓線圈之間的所有主絕緣�
  2)將靜電屏的等位扎帶拆開,將突出的菱角處理掉,同時增大轉(zhuǎn)角的曲率半徑并包扎絕緣,以此措施降低場強�
  3)按�330kV變壓器的工藝要求對變壓器的機身進行了徹底的真空浸油和沒有起相干燥處理,該工藝執(zhí)行過程中嚴格按規(guī)定操�,從而有效控制絕緣件的含水量,此外恢復使用前還要進行局部放電試驗,合格后方可充電運�。除此之外,為了避免放電故障的在再發(fā)�,應(yīng)強化變壓器的日常維護管理工作,經(jīng)常進行油色譜試�,及時發(fā)�(xiàn)故障并掌握其具體情況,發(fā)�(xiàn)故障時綜合運用多種技�(shù)手段判斷故障位置和情況并及時采取修復措施�
  綜上所�,超高壓變壓器的故障成因較為復雜,應(yīng)在現(xiàn)場處理過程中運用多種技�(shù)手段進行故障判定,并詳細分析故障成因,而值得注意的是,超高變壓器造價昂貴、維修難度較大,為了避免故障�(yīng)做好日常維護和管�,降低故障發(fā)生的幾率�

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