變壓器運(yùn)行中短路損壞的原因分析
發(fā)布時(shí)間:2019-07-13 17:18:44來(lái)源:
這種損壞主要由于引線間的電磁力作用下,造成引線振動(dòng),導(dǎo)致引線間短路,這種事故較少見(jiàn)。
4變壓器短路損壞的常見(jiàn)部位根據(jù)近幾年的變壓器因出口短路而發(fā)生損壞的情況,變壓器在短路故障時(shí),其繞組損壞部位主要有以下幾種。
該部位發(fā)生變形原因有:(1)短路電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)是通過(guò)油和箱壁或鐵心閉合,由于鐵軛的磁阻相對(duì)較小,故大多通過(guò)油路和鐵軛間閉合,磁場(chǎng)相對(duì)集中,作用在線餅的電磁力也相對(duì)較大(2)內(nèi)繞組套裝間隙過(guò)大或鐵心綁扎不夠緊實(shí),導(dǎo)致鐵心片二側(cè)收縮變形,致使鐵軛側(cè)繞組曲翹變形;(3)在結(jié)構(gòu)上,軛部對(duì)應(yīng)繞組部分的軸向壓緊是比較不可靠的,該部位的線餅往往難以達(dá)到應(yīng)有的預(yù)緊力,因而該部位的線餅比較易變形。
4.2調(diào)壓分接區(qū)域及對(duì)應(yīng)其他繞組的部位該區(qū)域由于:(1)安匝不平衡使漏磁分布不均,其幅向額外產(chǎn)生的漏磁場(chǎng)在線圈中產(chǎn)生額外軸向外力,這些力的方向總是使產(chǎn)生這些力的不對(duì)稱性增大。軸向外力和正常幅向漏磁所產(chǎn)生的軸向內(nèi)力一樣,使線餅向豎直方向彎曲,并壓縮線餅件的墊塊,除此之外,這些力還部分地或全部地傳到鐵軛上,力求使其離開(kāi)心柱,出現(xiàn)線餅向繞組中部變形或翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象;(2)該部位的線餅為力求安匝平衡或分接區(qū)間的應(yīng)有絕緣距離,往往要增加較多的墊塊,較厚的墊塊致使力的傳遞延時(shí),因而對(duì)線餅撞擊也較大(3)繞組套裝后不能確保中心電抗高度對(duì)齊,致使安匝進(jìn)一步加劇不平衡;(4)運(yùn)行一段時(shí)間后,較厚的墊塊自然收縮量較大,一方面加劇安匝不平衡現(xiàn)象,另一方面受短路力時(shí)跳動(dòng)加《1(5)在設(shè)計(jì)時(shí)間為力求安匝平衡,分接區(qū)的電磁線選用了較窄或較小截面的線規(guī),抗短力能力低。
這部位的變形常見(jiàn)于換位導(dǎo)線的換位和單螺旋的標(biāo)準(zhǔn)換位處。
換位導(dǎo)線的換位,由于其換位的爬坡較普通導(dǎo)線的換位為陡,使線匝半徑不同的換位處產(chǎn)生相反的切向力,這對(duì)大小相等方向相反的切向力,致使內(nèi)繞組的換位向直徑變小,方向變形,外繞組的換位力求線匝半徑相同,使換位拉直,內(nèi)換位向中心變形,外換位向外變形,而且換位導(dǎo)線厚度越厚,爬坡越陡,變形越嚴(yán)重。另外,換位處還存在軸向短路電流分量,所產(chǎn)生的附加力,致使線餅變形加劇。
單螺旋的標(biāo)準(zhǔn)換位,在空間上要占一匝的位置,造成該部位安匝不平衡,同時(shí)又具有換位導(dǎo)線換位變形特征,因此該部位的線餅更容易變形。
常見(jiàn)于斜口螺旋結(jié)構(gòu)的繞組,該結(jié)構(gòu)的繞組,由于二個(gè)螺旋口安匝不平衡,軸向力大,同時(shí)又有軸向電流存在,使引出線拐角部位產(chǎn)生一個(gè)橫向力而發(fā)生扭曲變形現(xiàn)象。
另外螺旋繞組在繞制過(guò)程中,有剩余應(yīng)力存在,會(huì)使繞組力求恢復(fù)原狀現(xiàn)象,故螺旋結(jié)構(gòu)的繞組在受短路電流沖擊下更容易扭曲變形。
常見(jiàn)于低壓引線間,低壓引線由于電壓低流過(guò)電流大,相位120度,使引線相互吸引,如果引線固定不當(dāng)?shù)脑?,?huì)發(fā)生相間短路。
5變壓器短路故原因分祈因變壓器出口短路導(dǎo)致變壓器內(nèi)部故障和事故的原因很多,也比較復(fù)雜,它與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、原材料的質(zhì)量、工藝水平、運(yùn)行工況等因素有關(guān),但電磁線的選用是關(guān)鍵。從近幾年解剖變壓器,對(duì)其事故進(jìn)行分析來(lái)看,與電磁線有關(guān)的大致有以下幾個(gè)原因。
5.基于變壓器靜態(tài)理論設(shè)計(jì)而選用的電磁線,與實(shí)際運(yùn)行時(shí)作用在電磁線上的應(yīng)力差異較大。
5.2目前各廠家的計(jì)算程序中是建立在漏磁場(chǎng)的均勻分布、線匝直徑相同、等相位的力等理想化的模型基礎(chǔ)上而編制的,而事實(shí)上變壓器的漏磁場(chǎng)并非均勻分布,在鐵軛部分相對(duì)集中,該區(qū)域的電磁線所受到機(jī)械力也較大;換位導(dǎo)線在換位處由于爬坡會(huì)改變力的傳遞方向,而產(chǎn)生扭矩;由于墊塊彈性模量的因素,軸向墊塊不等距分布,會(huì)使交變漏磁場(chǎng)所產(chǎn)生的交變力延時(shí)共振,這也是為什么處在鐵心軛部、換位處、有調(diào)壓分接的對(duì)應(yīng)部位的線餅首先變形的根本原因。
5.3抗短路能力計(jì)算時(shí)沒(méi)有考慮溫度對(duì)電磁線的抗彎和抗拉強(qiáng)度的影響。按常溫下設(shè)計(jì)的抗短路能力不能反映實(shí)際運(yùn)行情況,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,電磁線的溫度對(duì)其屈服極限0.2影響很大,隨著電磁線的溫度提高,其抗彎、抗拉強(qiáng)度及延伸率均下降,在25CTC下抗彎抗拉強(qiáng)度要比在5CTC時(shí)下降10°/.以上,延伸率則下降40%以上。而實(shí)際運(yùn)行的變壓器,在額定負(fù)荷下,繞組平均溫度可達(dá)105°C,比較熱點(diǎn)溫度可達(dá)118°C.一般變壓器運(yùn)行時(shí)均有重合閘過(guò)程,因此如果短路點(diǎn)一時(shí)無(wú)法消失的話,將在非常短的時(shí)間內(nèi)(。8s)緊接著承受第二次短路沖擊,但由于受第——次短路電流沖擊后,繞組溫度急劇增高,根據(jù)GB1094的規(guī)定,比較高允許250‘'C,這時(shí)繞組的抗短路能力己大幅度下降,這就是為什么變壓器重合閘后發(fā)生短路事故居多的原因。
5.4采用普通換位導(dǎo)線,抗機(jī)械強(qiáng)度較差,在承受短路機(jī)械力時(shí)易出現(xiàn)變形、散股、露銅現(xiàn)象。采用普通換位導(dǎo)線時(shí),由于電流大,換位爬坡陡,該部位會(huì)產(chǎn)生較大的扭矩,同時(shí)處在繞組二端的線餅,由于幅向和軸向漏磁場(chǎng)的共同作用,也會(huì)產(chǎn)生較大的扭矩,致使扭曲變形。如楊高500kV變壓器的A相公共繞組共有71個(gè)換位,由于采用了較厚的普通換位導(dǎo)線,其中有66個(gè)換位有不同程度的變形。另外吳涇11號(hào)主變,也是由于采用普通換位導(dǎo)線,在鐵心軛部部位的高壓繞組二端線餅均有不同程度翻轉(zhuǎn)露線的現(xiàn)象。
5.5采用軟導(dǎo)線,也是造成變壓器抗短路能力差的主要原因之一。
由于早期對(duì)此認(rèn)識(shí)不足,或繞線裝備及工藝上的困難,制造廠均不愿使用半硬導(dǎo)線或設(shè)計(jì)時(shí)根本無(wú)這方面的要求,從發(fā)生故障的變壓器來(lái)看均是軟導(dǎo)線。
5.6繞組繞制較松,換位或糾位爬坡處處理不當(dāng),過(guò)于單薄,造成電磁線懸空。從事故損壞位置來(lái)看,變形多見(jiàn)換位處,尤其是換位導(dǎo)線的換位處。
5.7繞組線匝或?qū)Ь€之間未固化處理,抗短路能力差。早期經(jīng)浸漆處理的繞組無(wú)一損壞。
5.8繞組的預(yù)緊力控制不當(dāng)造成普通換位導(dǎo)線的導(dǎo)線相互錯(cuò)位。
5.9套裝間隙過(guò)大,導(dǎo)致作用在電磁線上的支撐不夠,這給變壓器抗短路能力方面加隱患。
10作用在各繞組或各檔預(yù)緊力不均,短路沖擊時(shí)造成線餅的跳動(dòng),致使作用在電磁線上的彎應(yīng)力過(guò)大而發(fā)生變形。
5.11外部短路事故頻繁,多次短路電流沖擊后電動(dòng)力的枳累效應(yīng)引起電磁線軟化或內(nèi)部相對(duì)位移,比較終導(dǎo)致絕緣擊穿。
對(duì)設(shè)備選型時(shí),應(yīng)充分考慮現(xiàn)有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)狀況,取消冗余功能,選擇可靠結(jié)構(gòu),在充分考慮電網(wǎng)的短路容量與產(chǎn)品的動(dòng)穩(wěn)定性能之后,再確定產(chǎn)品參數(shù),根據(jù)電網(wǎng)實(shí)際需要合理的配置分接開(kāi)關(guān),對(duì)性能參數(shù)的要求應(yīng)和目前制造水平及材質(zhì)狀況相適應(yīng)。
優(yōu)先選用經(jīng)短路型式試驗(yàn)合格的產(chǎn)品設(shè)計(jì),并對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行柚檢短路耐受試驗(yàn),以確保產(chǎn)品的同一性。
選用全自冷變壓器。全自冷變壓器相對(duì)其他冷卻方式的變壓器度低,用銅量大,變器重量重,具有較強(qiáng)抗短路能力。
針對(duì)前述造成短路故障的原因和問(wèn)題,電氣設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)各方面應(yīng)采取改進(jìn)措施。耍充分考慮工藝和材質(zhì)的分散性,在關(guān)鍵的部位應(yīng)留有足夠的裕度,當(dāng)先進(jìn)性與產(chǎn)品的可靠性有矛盾時(shí),首先考慮保證可靠性。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按高£條件(250C35(TC)進(jìn)行抗短路能力的設(shè)計(jì),并對(duì)特殊部位(如換位、螺旋口)要進(jìn)行抗短路能力校核計(jì)算。若內(nèi)線一定要帶分接,應(yīng)優(yōu)先采用獨(dú)立調(diào)壓繞組結(jié)構(gòu)。同時(shí)要禁止使用普通換位導(dǎo)線,而盡量選用半硬以上的自粘性換位導(dǎo)線和組合導(dǎo)線;35kV及以下繞組的內(nèi)支撐硬筒選用低介損無(wú)局放的環(huán)氧玻璃絲絕緣筒;軸向壓緊比較好采用彈簧壓釘。
針對(duì)前述的工藝缺陷和欠缺,提高工藝水平,加強(qiáng)工藝執(zhí)行紀(jì)律,確保產(chǎn)品制造過(guò)程得到有效控制。
盡量選用半硬以上的粘性換位導(dǎo)線和組合導(dǎo)線。采用高密度與油道等距的整體墊塊。35kV及以下的內(nèi)繞組應(yīng)優(yōu)先采用環(huán)氧玻璃絲筒作繞組內(nèi)支撐絕緣筒。
為確保變壓器安裝質(zhì)量,可采用賣方負(fù)責(zé)的安裝方式,賣方必須對(duì)整個(gè)安裝工作質(zhì)量負(fù)責(zé)?,F(xiàn)場(chǎng)吊芯檢查時(shí)要進(jìn)行器身預(yù)緊力校核,確保變壓器器身處干緊固狀態(tài)。
鑒于目前運(yùn)行變壓器抗外部短路強(qiáng)度較差的情況,對(duì)于系統(tǒng)短路跳閘后的自動(dòng)重合或強(qiáng)行投運(yùn),應(yīng)看到其不利的因素,否則有時(shí)會(huì)加劇變壓器的損壞程度,甚至失去重新修復(fù)的可能。運(yùn)行部門(mén)可根據(jù)短路故障是否能瞬時(shí)自動(dòng)消除的概率,對(duì)近區(qū)架空線(如2km以內(nèi))或電纜線路取消使用自動(dòng)重合閘,或適當(dāng)延長(zhǎng)合閘間隔時(shí)間以減少因重合閘不成而帶來(lái)的危害,并且盡量對(duì)短路跳閘的變壓器進(jìn)行試驗(yàn)檢查。
運(yùn)行單位、制造廠和材料廠應(yīng)結(jié)合事故分析緊密合作,不斷開(kāi)發(fā)研制新工藝、新材料,改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì),提高變壓器抗短路能力水平,以滿足運(yùn)行需要。
總之,造成故障或事故的因素較多,但變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造工藝仍是主。要因素,在運(yùn)行管理等環(huán)節(jié)中也暴露出一些問(wèn)題。除了在結(jié)構(gòu)方面尚存在一些沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)的因素外,設(shè)計(jì)和T:藝操作方面存在的問(wèn)題值得制造廠及運(yùn)行單位引起重視。咨