过载能力

过载能力（精选7篇）

过载能力 篇1

1 引言

工业上的调速电气传动采用变流器的方式日益普及,德国西门子公司的6SE70/6SE71系列变流器,主要包括:变频器、逆变器、整流单元、整流回馈单元和脉冲式整流回馈单元AFE等(6RA70/6RA71系列全数字直流调速装置的过载能力指标另有定义,不在本文讨论范围之内),在中国市场上的占有率很高。在讨论变流器的过载能力指标之前,先介绍一下与其重点相关的机械设备的负载特性和交流电动机的工作制。

2 机械设备的负载特性

工业上生产机械设备的种类繁多,性能和工艺要求各异,其转矩特性是复杂的,大体上可分为3种典型负载特性:恒转矩负载(CT,constant torque)、变转矩负载(VT,variable torque)和恒功率负载(CP,constant power)。

恒转矩即反阻性恒转矩,指负载转矩恒定或大致恒定,总是起反阻转矩作用,轴功率与转速成正比。如轧钢机、造纸机、运输机和某些提升机等摩擦负载和动力负载。

变转矩是指风机水泵类流体负载,其转矩与转速的平方成正比,轴功率近似与转速的立方成正比。

恒功率是指输出功率恒定或近似恒定,其转矩与转速近似成反比。如卷绕机和某些机床等。

3 交流电动机的工作制

工作制是对交流电动机各种负载,包括空载、停机和断电及其持续时间和先后次序情况的说明。按照连续的、短时的和周期性的负载,其工作制有:连续工作制(S1)、短时工作制(S2)、断续周期工作制(S3)、包括启动的断续工作制(S4)、包括电制动的断续工作制(S5)、连续周期工作制(S6)、包括电制动的连续周期工作制(S7)、包括负载和转速相应变化的连续周期工作制(S8)、负载和转速作非周期变化的工作制(S9)、离散恒定负载工作制(S10)。

国内常见的Y和YGP系列交流电动机的基准工作制是S1和S3两种,其中S3可用于S2,S4～S8工作制。对于S4,S5,S7和S8工作制,每小时等效启动次数优先采用150,300和600次。每小时等效启动次数是指电动机每小时的启动、点动和反接制动所产生的总热量与一次启动所产生的热量之比。国家标准GB 755-2008《旋转电机 定额和性能》(idt IEC 60034-1∶2004)对工作制及其分类有详细描述和定义。

4 变流器过载能力指标定义的三要素

变流器的过载能力指标是其重要的性能参数[1],其过载能力与其功率元器件的发热及散热能力是密切相关的。变流器功率元器件的发热及散热能力决定其输出电流的能力,从而影响其输出转矩的能力。

变流器的过载能力指标主要是针对输出电流而言(少数是针对输出功率而言),一般是指变流器在相对冷状态下(即变流器过载前运行在基本负载电流以下),一定负载周期时间内允许过载的时间以及允许过载的最大电流与其额定电流的百分比。过载电流百分比(λ=Imax/IVS)、负载周期(T)和过载时间(TG)是描述变流器过载能力指标的三要素,缺一不可。单纯地用过载电流百分比来描述变流器的过载能力指标是不全面和不科学的,也没有实际意义。

5 几种重要变流器的过载能力指标

自2002年起,由6部分组成的中国国家标准GB/T 12668《调速电气传动系统》正陆续出台(GB/T 12668.1-2002、GB/T 12668.2-2002、GB 12668.3-2003和GB/T 12668.4-2006已颁布实施,GB 12668.5和GB/T 12668.6待正式颁布)。对变流器过载能力指标的描述在国家标准GB/T 12668.6(idt IEC 61800-6∶2003)中已有明确规定[2],该标准规定:对于所有变流器,不管带或不带变压器,都应当选定下列6种负载工作制中的一种来规定其额定值,即均匀负载工作制、间歇峰值负载工作制、间歇负载工作制、有空载时间间隔的间歇负载工作制、重复性负载工作制和非重复性负载工作制。对于调速传动系统来说,负载电流-时间曲线图虽然复杂,但通常都能确定出最适合于用作额定电流基础的负载工作制。

若变流器长期连续运行在其额定电流(即6SE70/6SE71系列的IVS,ACS800系列的Icont.max)附近,则其本身一般并不具备过载能力,在这一点上绝大多数公司变流器的定义是一致的。为了使变流器获得过载能力,过载前其实际运行电流必须在基本负载电流IG以下,根据热等效原理可建立如下基本方程:

$\begin{array}{l}{\rm T}{\rm I}{}_{\text{V}\text{S}}^2={\rm T}{}_{\text{G}}{\rm I}{}_{\max }^2+({\rm T}-{\rm T}{}_{\text{G}}){\rm I}{}_{\text{G}}^2\\ ={\rm T}{}_{\text{G}}(\lambda {\rm I}{}_{\text{V}\text{S}}){}^2+({\rm T}-{\rm T}{}_{\text{G}}){\rm I}{}_{\text{G}}^2\\ \Rightarrow \frac{{\rm I}{}_{\text{G}}}{{\rm I}{}_{\text{V}\text{S}}}=\sqrt{\frac{{\rm T}-\lambda {}^2{\rm T}{}_{\text{G}}}{{\rm T}-{\rm T}{}_{\text{G}}}}\end{array}$

若定义λ1=Imax/IG,同理可得到:

$\frac{{\rm I}{}_{\text{G}}}{{\rm I}{}_{\text{V}\text{S}}}=\sqrt{\frac{{\rm T}}{{\rm T}-{\rm T}{}_{\text{G}}+\lambda {}_1^2{\rm T}{}_{\text{G}}}}$

式中:Imax为变流器最大过载电流。

现介绍几种市场上常见而重要的欧美日低压(不超过AC 690 V)变流器的过载能力指标。

1)美国AB(Allen-Bradley)公司典型变频器的过载能力指标[3]。表1所示为美国AB公司典型变频器的过载能力指标,其负载周期为10 min。

2)美国艾默生(Emerson)公司典型变频器的过载能力指标。表2所示为美国艾默生公司典型变频器的过载能力指标。

3)日本富士(FUJI)公司典型变频器的过载能力指标。表3所示为日本富士公司典型变频器的过载能力指标。

4)日本安川(Yaskawa)公司典型变频器的过载能力指标。表4所示为日本安川公司典型变频器的过载能力指标。

5)欧洲ABB(Aesa Brown Boveri)公司典型变流器的过载能力指标。表5所示为欧洲ABB公司典型变频器的过载能力指标,其负载周期为5 min。

对于短时工作制,间歇性或周期性负载时的过载能力指标,ABB公司根据用户要求可提供出相应的数据。

需要着重指出的是:Siemens公司6SE70/6SE71系列变流器选型样本中的过载电流是针对其额定电流(IVS,40 ℃)而言的,属理论计算值,逻辑推算严密,其过载电流系数具有严格的线性度;ABB公司ACS800系列变流器选型样本中的过载电流不是针对其额定电流(Icont.max,40 ℃)而言的,它采用双重定额,轻载过流针对轻载电流而言,重载过流针对重载电流而言,属实际试验值,会存在一些瑕疵,其轻载过流系数、重载过流系数和最大过流系数都具有非常明显的非线性,离散度很大。Siemens公司和ABB公司在定义变流器过载能力指标方面是两种不同的体系,在引用时需要特别注意其实质差别。

ACS800系列逆变器的过载电流1.1IN(即1.1IL)和1.5Ihd的值分别在0.993 5～1.089 1Icont.max(其算术平均值为1.043 3Icont.max)和0.970 6～1.153 8Icont.max(其算术平均值为1.091 0Icont.max)之间。ACS800系列变频器的过载电流1.1IN和1.5Ihd的值分别在0.970 6～1.100 0Icont.max(其算术平均值为1.036 4Icont.max)和0.970 6～1.397 1Icont.max(其算术平均值为1.089 4Icont.max)之间。即ACS800系列逆变器和变频器基于其额定电流最多只有1.10倍的平均过载能力(6SE70系列的相应数据是1.36倍)。

6)德国西门子(Siemens)公司典型变流器的过载能力指标。表6～表9为德国西门子公司典型变频器的过载能力指标,其负载周期均为5 min。

以上西门子变流器均是矢量控制型,其中G120系列和S120系列变流器是西门子公司近几年新推出的产品,从表8和表9中可以看出,S120系列变流器过载能力指标的定义已接近于ABB公司的ACS800系列变流器,但它们关于最大输出电流的定义仍然存在着差异:ACS800系列变流器的Imax只能在启动时(即冷状态下)保持10 s,其他情况由传动温度来决定其运行时间;S120系列装机装柜型变频器和逆变器的Imax则可在负载周期60 s下保持10 s。重载电流和轻载电流的定义实际上并不十分科学,人为痕迹明显。

7)德国Siemens公司6SE70/6SE71系列矢量控制型变流器的过载能力指标(负载周期为6 min)。西门子公司6SE70/6SE71系列变流器的额定输出电流IVS系按该公司6极标准交流电动机的额定电流表来计算的,功率部分通过I2t监视器来进行过载保护。其过载能力指标符合欧洲标准EN60146-1-1中的负载等级Ⅱ,最大过载电流允许达到额定输出电流的1.36倍。当变流器刚投入运行时,其过载时间可达到60 s,因为此时变流器尚未达到其最大允许温度。当过载前负载电流不大于变流器额定输出电流的91%(此电流被称为基本负载电流)时,才允许其在运行时有1.36倍额定输出电流的过载能力。因此,当被传动机械设备根据负载情况需要变流器过载时,必须使其过载前的运行负载电流不大于基本负载电流。基于此基本负载电流,变流器在工作周期为360 s时,可以在60 s的时间内有1.50倍的基本负载电流的过载。如果要发挥全部过载能力指标,可通过I2t监视器来检测且给出60 s的警告信号,在剩余的300 s工作时间内将负载电流降至基本负载电流之下。

对于功率为2.2～200 kW的单独传动变流器,它还有一个更大的过载能力指标(1.60倍额定输出电流),此过载能力指标仅适用于下列边界条件:①变流器种类,2.2～200 kW,AC 380～480 V;2.2～160 kW,AC 500～600 V;②仅适用于矢量控制(VC)方式而不适用于压频比(v/f)特性控制;③过载时间为30 s;④这种过载能力指标仅能提供电网电压的90%作为电动机的供电电压;⑤带或不带输出电抗器时,允许的电动机导线长度必须减至其他工作方式最大允许值的一半;⑥输出侧不能连接正弦波滤波器和du/dt滤波器;⑦由于整流单元网侧电压的提高而导致有较高中间回路电压时,如处于发电状态工作时,电流自动被限制到1.36倍额定输出电流之下。

6 关于6SE70/6SE71系列变流器过载能力指标的讨论

西门子公司在定义其变流器的过载能力指标时,在选型样本DA65.10·2006《SIMOVERT MASTERDRIVES矢量控制三相交流传动系统电压源型变频调速》第6章《设计指南》中主要依据的是图1和图2。实际上,经研究发现:图1是存在错误的(即将负载周期360 s误标为300 s),图2与图1在定义上亦不协调。

在图1中,若假设变流器的额定输出电流为IVS,基本负载电流为IG,最大过载电流为Imax,根据热等效原理,可建立如下基本方程:

300I${}_{\text{V}\text{S}}^2$=60I${}_{\max }^2$+240I${}_{\text{G}}^2$

根据西门子公司对基本负载电流的定义,可知IG=0.91IVS,将此式代入上式,可得Imax/IVS=1.30,这与最大过载电流是额定输出电流的1.36倍相矛盾。实际上,在图1中的负载周期时间应修正为360 s而不是300 s。假设基于基本负载电流,变流器在工作周期为360 s时,可以在60 s的时间内有1.50倍的基本负载电流的过载,同理可建立基本方程如下:

$\begin{array}{l}\begin{array}{l}360{\rm I}{}_{\text{V}\text{S}}^2=60{\rm I}{}_{\max }^2+300{\rm I}{}_{\text{G}}^2\\ =60(1.5{\rm I}{}_{\text{G}}){}^2+300{\rm I}{}_{\text{G}}^2\end{array}\\ \Rightarrow \frac{{\rm I}{}_{\text{G}}}{{\rm I}{}_{\text{V}\text{S}}}=\sqrt{\frac{360}{300+1.5{}^2\times 60}}\approx 0.9097\approx 91\%\end{array}$

这正是基本负载电流等于额定输出电流的91%的由来,又从一个侧面推断出图1中的负载周期时间为300 s(此负载周期所对应的基本负载电流与额定电流之比应是89.44%)是错误的。

根据上述思路,再研究图2。因为西门子公司对变流器在不同负载情况下的基本负载电流的定义是一致的,所以IG=0.91IVS不能变。现假设图2中负载周期时间为300 s是正确的,则可得方程为

300I${}_{\text{V}\text{S}}^2$=30I${}_{\max }^2$+270I${}_{\text{G}}^2$

即 300I${}_{\text{V}\text{S}}^2$=30I${}_{\max }^2$+270(0.91IVS)2

从上式中可求得Imax/IVS=1.597≈1.60,这说明图2本身并不存在任何问题。

笔者认为,除变流器的基本负载电流定义应一致外,负载周期时间的定义也最好一致,它们不应随工况的改变而改变。为此笔者建议图2中的负载周期时间也应修正为360 s而不是300 s,此时可推算出Imax/IVS=1.70。

7 结论

在十几年以前,笔者就发现西门子公司选型样本DA65.10在变流器过载能力指标定义方面存在上述问题。十几年来,流传甚广的DA65.10版本几经更新,问题依旧,笔者所见的技术方案或投标时的技术响应文件在引述上述资料时多数都以讹传讹,错误有泛滥之势,很有必要加以纠正。笔者希望此事能引起西门子公司自动化与驱动集团的重视,在下次DA65.10版本更新时予以订正。

参考文献

[1]周宇.现代交流调速系统的性能指标[J].冶金自动化,1997,21(4):39-41.

[2]师新利,赵相宾,董桂敏.带负荷运行的电气传动系统额定值规定[J].电气传动,2008,38(6):62-64.

[3]蒋麦占.机械的负载特性与变频器选择[J].工程设计与研究,1999,26(3):29-33.

提高大型变压器过载能力的研究 篇2

1 变压器负载的具体类型以及过载运行产生的影响

1.1 变压器负载的主要类型

变压器的负载主要包括发生周期性的变化或者是短时间急救性质的负载。其中周期性负载主要是指通过一定周期的变化负载,这一负载的具体情况将通过周期内具体的平均老化量进行分析。结果可以是正常负载,同样也可以属于长时间急救性质的负载。

一般情况下,正常周期负载在特定的时间段内周围环境的温度比较高,还可能施加了一定的超额定负载,在这种情况下,可以利用环境比较低的进行补偿,还可以利用低额定负载进行补偿。根据热老化观点进行分析,如果老化率都将大于1,那么所有周期中所有的老化值都能够最终被小于1的老化值进行补偿,这样的周期负载将与正常温度下施加一定的额定负载具有相同的效果。

长时间急救周期负载主要是通过长时间系统中的变压器推出运行导致的,运行比较稳定的变压器退出,并且无法重新投入到正常运行中。这样并不稳定的运行将会持续很长一段时间,甚至会持续几个月,最终导致运行的变压器将会发生非常严重的老化现象。

短时间急救负载主要是由于在正常运行的系统中发生了事故,并且严重的影响了整个系统进行正常的负载工作,导致变压器出现超额定负载,最后使导线自身的热点温度达到一种比较危险的程度,出现一段时间的绝缘度明显下降。在这种情况下,负载持续的总时间需要小于整个变压器据具体的热时间常数,同时与增加负载之前具体的运行温度存在一定的关联。

结合上文中的具体分析不难发现,出现短时间的急救性质负载比较统一让变压器自身具有的绝缘强度不断下降,最终导致整个变压器出现严重的故障。因此,对变压器具体过载能力的相关研究重点研究的对象短时间的急救性质负载。

1.2 变压器出现过载运行产生的影响

对于大型变压器而言,如果出现了超额定电流进行运行,其中的短路应力以及绝缘体积等都会逐渐增加,这样就会造成更大的危险性。1.绕组热点温度将会逐渐上升,并且,在高场强的所有区域内都可能会出现一些气泡,导致自身的绝缘度逐渐下降。2.导线自身的绝缘机械特性处于一种比较高的温度,将会加快导线出现热劣化,一旦导线的热劣化达到了最大的限度,最终导致变压器自身的有效寿命逐渐缩短。3.套管内具有的压力逐渐升高将会导致最终出现严重的漏油事故,导致变压器出现各种故障。一旦绝缘温度最后超过了140e也将会导致电容套管出现大量的气泡。4.储油柜中大量的有很可能会发生膨胀最后溢出。5.变压器自身的密封材料很可能会在高温的环境中发脆。

总之,在保证变压器自身能够安全运行的前提下,需要有效的限制变压器自身的负载能力。对于一些大型的变压器,需要限制果子啊能力保证在额定容量的大约1.5倍左右,并且顶层的油温不能超过基本的115e。

1.3 变压器具体特点温度进行计算以及核算遵循的基本数学模型

1)变压器具体绕组热点温度的准确计算以及相应的热热性原理

为了准确的计算出变压器自身的热点温度,针对特殊的油浸式变压器具体的热特性展开假设,具体内容如下:邮箱内具体的温度数值从底部一直到顶部呈现的是一种线性分布,在绕组的所有位置发生的温度上升,也呈现一种线性分布,同时与整个油温线保持一种平行的

关系,其中两条平行线具体的差值是绕组温升以及由温升产生的差值。

2)核算需要遵循的边界条件

对所有变压器自身的过载能力进行核算重要的前提就是变压器冷却自身的系统能够达到规定的额定冷却能力同时变压器内部的油位处于正常的范围内,并且,变压器没有任何可以影响整个负载能力的主要因素。过载运行的主要边界条f件主要包括两个方面。第一,环境温度。对于所有变压器进行具体过载能力的核算,其中的环境温度所处的边界值分别是20e以及40e,同时,考虑到春秋季节的实际情况,环境的温度为20e,处于夏季的环境温度为40e。第二,对起始负荷以及过负荷的相关要求,其中起始负荷具体的边界条件,需要按照80%或者是按照100%进行分析。

2 变压器自身过载能力具体的核算流程

结合过载能力进行核算具有的边界条件,并在变压器具体温度分布基本模型的基础上,制定了过载能力进行核算的具体流程如下图:

3结束语

综上所述,大型变压器自身过载能力的具体核算结果最终落到了变电所具体的运行规程以及相关设备招标说明,并指导大型变压器的实际运行。在所有设备的招标书中,都明确指出了设备具有的过载能力,在进行投标时,需要投标商出示相应的过载能力报告书。为了有效的保证变压器能够在过载状态下稳定的运行,需要及时监控具体的热点温度。

摘要：随着我国经济的不断发展,人们的生活方式也发生了一定的变化,国家电网承担的负荷也在逐渐增高,人们对电网的需求不断上升,但是电网的相关建设工作仍然比较滞后,这就导致电力变压器需要承担的负荷率逐渐上升。本文主要研究的是提高大型变压器自身的过载能力,分别讲述了变压器负载的具体类型以及过载运行产生的影响以及变压器自身过载能力具体的核算流程等内容。

关键词：大型变压器,过载能力,研究

参考文献

[1]曾乃鸿.变压器事故急救容许过载特性的探讨[J].中国电力,2010(11):37-43.

[2]何文林,孙翔,蒋跃军.浙江电网220kV变压器过载能力计算分析[J].浙江电力,2011(5):20-23.

[3]蒋跃强,陆志浩.提高500 kV变压器过负荷能力的研究[J].华东电力,2012,32(1):13-17.

[4]戎春园,曹玉文,李茂峰,等.500 kV大型油浸式电力变压器过负荷运行风险控制[J].广西电力,2010(1):8-32.

过载能力 篇3

随着国民经济快速发展,电网负荷持续高速增长,电网建设相对滞后,造成了电力变压器负荷率居高不下。变压器过负载能力成为制约电网变电容量限额进一步提高的主要原因,当变电站出现N-1的事故情况,如果变压器有较高的过载能力,不仅能够避免变压器因过载发生损坏,还能够给调度留出一定时间,将负荷控制在安全稳定范围内[1,2,3,4,5]。多年来,国内外众多研究机构和电力企业结合自身情况对变压器过载能力开展研究工作,以期提高并合理利用变压器的过载能力[6,7,8,9]。

同时,为不折损变压器寿命,通常在制定负载计划时,都是按照《油浸式电力变压器负载导则》IEC354-1991[10]以及《电力变压器第7部分:油浸式电力变压器负载导则》GB/T 1094.7-2008中提供的通用正常周期性负载图来确定。但由于图标编制是基于通用数据,随着变压器制造技术和工艺水平的不断提高,原有负荷控制措施已不能反映设备的负载能力,因此通过负载能力的核算统计工作,利用技术和管理手段挖掘电力变压器的过负载潜力具有很重要的现实意义。

本研究拟从技术角度探讨变压器的过载能力承受范围,通过对变压器的过载理论分析,提出由环境温度、起始负荷、过负荷倍数、油温及热点温度等参数形成的核算边界条件,按照过载能力的核算模型校核变压器本体的过负荷能力,以尽可能释放其过载能力。

1 变压器负载类型及过载运行影响分析

1.1 变压器负载类型

变压器负载包括周期性负载和短期急救性负载。周期性负载是指周期性变化的负载(通常为一天),该负载是以一个周期内的平均老化量来考虑的。它可以是正常负载,也可以是长期急救性负载。

在正常周期负载中,在某段时间内环境温度较高,或施加了超额定负载的电流,可以由其他时间内环境温度较低,或施加低于额定负载的电流所补偿。从热老化的观点出发,只要老化率大于1的各周期中的老化值能被老化率小于1的老化值所补偿,那么,这种周期性负载可以认为与正常环境温度下施加额定负载是等效的。

长期急救周期性负载是由于系统中部分变压器长时间退出运行而引起的,运行的变压器在其温升稳定之前,退出的变压器仍不能重新投入运行。这种不正常的运行可能会持续几周甚至几个月,从而会导致运行的变压器严重老化,但绝缘不应击穿。

短期急救负载是由于运行系统中发生了一个或多个事故,严重地干扰了系统正常负载的分配,从而使变压器严重地超额定负载,使导线热点温度达到危险的程度,并有可能导致暂时的绝缘强度下降。这种负载持续时间应小于变压器的热时间常数,且与负载增加前的运行温度有关,一般应小于0.5 h。

根据上述的分析可以发现,短期急救性负载更加容易导致变压器本体绝缘强度下降或者导致发生变压器故障,因而进行变压器过载能力的研究主要是针对短期急救性负载。

1.2 变压器过载运行影响分析

对于500 kV大容量变压器,当发生超额定电流运行时,其漏磁磁密、短路应力以及受高场强作用的绝缘体积都将增加,因此危险性也就更大,具体包括以下几种可能:

(1) 绕组热点温度上升,在高场强区域内(即在绕组和引线处)可能出现气泡使其绝缘强度下降;

(2) 导线绝缘机械特性在较高的温度下,热劣化过程将加快,如果劣化到一定程度时,变压器的有效寿命将缩短;

(3) 套管内部的压力升高可能会漏油,从而引起故障,如果绝缘的温度超过140 ℃,电容式套管内部也将产生气泡;

(4) 储油柜中的油因膨胀可能会溢出;

(5) 变压器的密封材料在高温下可能发脆。

因此,为保证变压器的安全运行,必须对变压器负载能力予以限制。《油浸式电力变压器负载导则》(以下简称为《导则》)中对大型变压器的过载能力限制在额定容量的1.5倍,绕组热点温度不超过160 ℃,顶层油温不超过115 ℃。

本研究进行变压器过载能力的核算工作是以《导则》为基础,根据变压器过载时热量产生和发散所表现出来的温升特性,制定合理的过载运行边界条件,尽可能释放变压器的过载能力。

2 变压器热点温度计算及核算数学模型

2.1 变压器绕组热点温度计算及热特性原理

为了计算变压器最热点温度,对油浸式变压器的热特性进行如下假设:①油箱内的油温从底部到顶部,是线性分布的;②绕组任何位置的温升,由下至上也是线性分布的,并与油温线平行,两平行线之间的差值为用电阻法测出的绕组平均温升和油平均温升的差,取常数gr;③考虑到杂散损耗的影响,绕组最热点温升比绕组顶部平均温升高H·gr,其中H为变压器热点系数,取1.3,如图1所示。

2.2 绕组热点计算公式

500 kV大型变压器基本采用强油风冷(OFAF)或强油导向风冷(ODAF)的冷却方式。下面主要介绍这两种冷却方式变压器的绕组热点计算公式。

(1) 稳态温度公式:

在任一负载条件下,OFAF/ODAF冷却方式变压器绕组由最终热点温度与环境温度、底层油温升、绕组顶部油温升与底部油温升之差、绕组热点温度与顶部油温之差共4部分组成。对于OFAF冷却方式的变压器,其热点温度的计算公式为:

$\theta {}_h=\theta {}_a+\theta {}_{br}\left[\frac{1+R{\rm K}{}^2}{1+R}\right]{}^X+2\left[\text{Δ}\theta {}_{imr}-\text{Δ}\theta {}_{br}\right]{\rm K}{}^y+{\rm H}\text{g}{}_r{\rm K}{}^y(1)$

式中 θh—最热点温度,℃;θa—环境温度,℃;Δθbr—底部油温升,K;Δθimr—平均油温升,K;R—额定条件下负载损耗与空载损耗之比;K—运行负荷与额定负荷之比;x—油的指数(对于大型强迫油循环变压器,取x=1.0);y—绕组指数(对于大型强迫油循环变压器,取y=1.6)。

对于OFAF方式的变压器,绕组内油的流动是由温差驱动的,随着温度的变化,导线电阻和油粘度都将变化,而两者变化可相互抵消。对于ODAF方式变压器,绕组内油的流动是受油泵和导向油道决定的,油的粘度对变压器温升影响很小,而导线电阻随温升变化而变化的量就不能不加以考虑。因此其最热点温度需在式(1)计算值的基础上进行修正:

θ′h=θh+0.15(θh-θhr)(K>1) (2)

式中 θh—用式(1)不考虑导线电阻影响的计算值,℃;θhr—额定条件下的热点温度,℃。

(2) 暂态温度方式:

当变压器负载发生变化时,温度也将随之变化。如前所述,导体的时间常数小,温度稳定快,可忽略不计。而油的时间常数大,稳定需要一段时间。为计算某一段时间t后,变压器热点温度的变化情况,必须计算油温变化的暂态过程:

Δθbt=Δθbi+(Δθbu-Δθbi)(1-e-t/τ0) (3)

式中 Δθbt—经过时间t后的底层油温升,℃;Δθbi—起始的底部油温升,℃;Δθbu—t内所加负载的稳态底部油温升,℃;τ0—油时间常数。

2.3 核算的边界条件

变压器的过载能力核算的前提:变压器冷却系统可达到额定冷却能力;变压器油位正常;变压器无任何影响负载能力的因素。本研究提出的过载运行的边界条件,包含以下几个方面:

(1) 环境温度:变压器过载能力核算的环境温度边界考虑20 ℃和40 ℃。其中春秋季考虑20 ℃,迎峰度夏期间考虑40 ℃。

(2) 起始负荷和过负荷要求:起始负荷的边界条件按80%和100%考虑,过负荷按额定容量的1.8倍和2.0倍考虑。

(3) 油温及绕组热点温度:为了保证变压器的安全运行及在过载运行时变压器不发生过早损坏的危险,需控制变压器油温和绕组热点温度,分别按100 ℃和150 ℃考虑,其中绕组热点温度的限值是以将立即导致设备故障的最高温度而设定。

2.4 变压器过载能力核算流程

根据以上计算公式以及过载能力核算的边界条件,本研究在变压器温度分布模型和温度计算模型分析的基础上,提出变压器过载能力核算流程,如图2所示。

3 根据变压器热特性核算过载能力

3.1 单台变压器核算结果分析

依据核算流程,以杭州电力局在运行的500 kV富阳变电所#1主变A相变压器核算结果为例,经过计算得到结果如下:

(1) 当环境温度为20 ℃,起始负荷为80%的情况下,过载倍数达到1.8倍时,可连续运行174 min;过载倍数为2.0倍时,可连续运行84 min。

(2) 环境温度为20 ℃,起始负荷为100%的情况下,过载倍数达到1.8倍时,可连续运行152 min;过载倍数为2.0倍时,可连续运行68 min。

(3) 当环境温度为40 ℃,起始负荷为80%的情况下,过载倍数达到1.8倍时,可连续运行63 min;过载倍数为2.0倍时,可连续运行22 min。

(4) 环境温度为40 ℃,起始负荷为100%的情况下,过载倍数达到1.8倍时,可连续运行42 min;过载倍数为2.0倍时,可连续运行7 min。

(5) 调压开关允许过载1.83倍,套管过载能力超过2.0倍。

由以上计算结果可以看到,变压器过载运行承受时间主要受环境温度、起始负荷、过载倍数等因素影响。在环境温度适宜的情况下,如环境温度20 ℃以下,变压器过载即使达到2.0倍也可连续运行1 h以上,与《导则》中规定变压器过载不超过1.5倍,连续运行不超过0.5 h的限制相比,可有较大的释放裕度。

3.2 浙江省在运变压器核算结果分析

本研究对浙江省133台在运行的500 kV电力变压器过载能力的核算结果进行了统计分析,这些变压器产品涵盖了近年内在国内得到广泛应用的进口、合资、国产变压器的主流产品,得到了以下结论:

(1) 当环境温度为20 ℃时,78%变压器在2.0倍的过载倍数下,能够连续运行30 min以上;

(2) 当环境温度为40 ℃,起始负荷为80%时,75%变压器在2.0倍的过载倍数下,能够连续运行30 min以上;

(3) 当环境温度为40 ℃,起始负荷为100%时,72%变压器在1.8倍的过载倍数下,能够连续运行30 min以上;36%变压器在2.0倍的过载倍数下,可连续运行20 min以上。

从计算结果分析,将变压器实际参数代入公式计算得到的变压器过载能力比《导则》规定有所提高,其计算结果既能保证变压器的安全运行,又能释放裕度,挖掘变压器实际过载能力,满足实际运行的需要。过载倍数1.8倍在环境温度为40 ℃,起始负荷100%情况下仍能连续超过30 min,安全可靠性较2.0倍过载有较大提高,制造单位如按环境温度35 ℃、起始负荷为100%、1.8倍过负荷和20 min允许过载时间来设计和建造变压器应不存在技术层面的问题。

4 结束语

本研究分析和比较了《导则》推荐的变压器超铭牌额定值运行的规定与计算方法,提出了进一步挖掘变压器过载能力的运行边界条件并进行了核算。

变压器过负荷运行应了解变压器状态,对于运行年限长,运行工况不良,油质不合格,存在不同缺陷的变压器不建议过负荷运行。对于运行工况良好、有条件的在运变压器,为满足电网规划和运行限额提高的需要,如不满足《导则》1.5倍过载能力的要求,建议通过技改等方式提高其过载能力。

500 kV大容量变压器过载能力如果按照以下要求执行:环境温度35 ℃、起始负荷100%、过载倍数1.8倍、控制变压器油温100 ℃和绕组热点温度150 ℃,历时20 min,从技术来说不存在问题。

应将变压器过载能力核算结果落实到变电所的变压器运行规程以及设备招标书中,指导该变压器的运行;设备招标书中除明确过载能力要求外,投标商应提供变压器过载能力计算报告。为使变压器在过载状态下能更安全地运行,建议在允许的情况下,变压器可配置热辐射温度光纤传感器,进一步监控热点温度。大型变压器过负荷运行时的电流增大,过负荷运行后应进行变压器油的色谱分析。

摘要：为解决500 kV大型变压器过载能力制约电网变电容量的问题,从技术角度探讨了变压器的过载能力承受范围,开展了变压器的过载理论分析,提出了包括环境温度、起始负荷、过负荷倍数、油温及热点温度等参数形成的核算边界条件,按照过载能力的核算模型校核变压器本体的过负荷能力,以尽可能释放其过载能力。研究结果表明:500 kV大容量变压器可按照环境温度35℃、起始负荷100%、过载倍数1.8倍、控制变压器油温100℃和绕组热点温度150℃,历时20 m in过载的原则进行生产及运行。

关键词：大型变压器,过载能力,热点温度

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过载能力 篇4

ABB ACS800系列和Siemens 6SE70系列(现正由SINAMICS S120系列和G120系列逐步替代)工程型变流器是工业上(尤其是冶金工业上)应用最为广泛的两种变流器,其各自的技术特点、性能指标和异同点详见参考文献[1]。Siemens公司现正积极地推出SINAMICS传动家族新产品,参考文献[2,3]分别对6SE70/6SE71系列和SINAMICS传动家族低压交流(200 V≤额定输出线电压≤690 V)变流器的电流过载能力指标进行了系统地分析和研究,更深一步地对ACS800系列和SINAMICS传动家族低压交流变流器的电流过载能力指标进行研究和对比,并指出它们在电流过载能力指标定义方面所存在的缺陷,对在实际应用工作中科学合理地选择好各种变流器具有重要参考意义。

ACS800系列和SINAMICS传动家族低压交流变流器在各自的产品目录或技术样本中使用了不同的物理量代号,为了避免引起混乱,首先有必要对其物理量的代号进行统一,详见表1。

2 ACS800系列和S120系列工程型变流器的技术特点

ACS800系列工程型变流器的输入电压等级不高于3Ph AC 690 V,主要包括二极管整流单元(DSU,diode supply unit)、晶闸管整流单元(TSU,thyristor supply unit)、IGBT整流单元(ISU,IGBT supply unit)、单传动变频器模块和多传动逆变器模块5大类,其中DSU和TSU又分为6脉波和12脉波整流两类。其典型外形结构可分为壁挂型(ACS800-01/11/31系列)、落地柜型(即书架型,ACS800-02系列)、模块型(相当于S120的模块型和装机装柜型,ACS800-04/04P/104/204/304/404/704系列)和柜体成套型(ACS800-07(LC)/17(LC)/37(LC)/107/207/307/407/507/807系列)4大类。ACS800系列变流器的构成详见表2。

S120系列基本型整流模块BLM大都是选用晶闸管作为整流功率元件,不具有回馈功能。BLM中选用二极管作为整流功率元件的产品有:1)书本型BLM中的6SL3130/36-1TE22-0AA0(AC 400 V 20 kW)和6SL3130/36-1TE24-0AA0(AC 400 V 40 kW);2)柜体成套型S120CM BLM中的6SL3730-1TE41-8AA0/8BA0/8BC0(AC 400 V 900 kW)和6SL3730-1TH41-8AA0/8BA0/8BC0(AC 690 V 1 500 kW)。S120 BLM的档次介于ACS800 DSU(二极管整流,不具有回馈功能)和TSU(晶闸管整流,具有回馈功能)之间。

S120系列智能型整流模块SLM都是选用IGBT(与其并联的续流二极管和IGBT封装集成在一起,起整流和反向保护作用)作为整流功率元件(由二极管整流桥来完成)和回馈功率元件(由IGBT来完成,它工作于可关断晶闸管GTO状态)的,具有100%的回馈功能,但母线电压不可以调节,属非调节型整流模块。S120 SLM的档次介于ACS800 TSU和ISU(由IGBT来完成整流和回馈,其直流母线电压可调)之间。

S120系列有源型整流模块ALM都是选用IGBT作为整流功率元件(由IGBT整流桥来完成)和回馈功率元件(由可控IGBT来完成)的,具有100%的回馈功能,且母线电压可以调节,属调节型整流模块,即使电网电压有一定的波动它也能保持直流母线电压的稳定。ALM必须和有源接口模块AIM(active interface module)配套使用,它还可对有功电流与无功电流进行矢量控制,从而实现无功功率补偿和得到一个最佳的综合功率因数。S120 ALM的档次则与6SE70 AFE(active front end,一般译为主动前端)和ACS800 ISU相当。

综上所述,以下产品的档次按从低至高排序依次是:DSU<BLM<TSU<SLM<ISU≈ALM≈AFE。

在电网电压瞬时跌落或故障时,ISU、SLM和ALM具有防止变流器逆变颠覆的功能,但一些晶闸管回馈(如TSU以及6SE70中的有关产品)就不具有此功能,从而可能会引发相关事故。日本TMEIC(东芝三菱电机产业系统株式会社)TMdrive-10e2 T10系列晶闸管整流回馈单元依靠提高其进线交流电压的方式(如3AC 460 V级的进线电压为AC 680 V和3AC 690 V级的进线电压为AC 990 V)来省去自耦变压器和克服逆变颠覆的缺点,虽有其独到之处,但也要付出一些代价(如电动机绝缘需要加强、因晶闸管处于深控状态而功率因数有所降低和谐波电流有所增大等)。

顺便指出,6SE70系列中的变流器主要有晶闸管可控整流(容量≥45 kW)和二极管不可控整流(容量<45 kW)2种型式。6SE70系列中的整流回馈单元(有ED=25%和ED=100% 2种负载持续率可供选择)则相当于ACS800 TSU系列产品(有全回馈和非全回馈2种回馈型式)。

面对用户开放的控制平台、内部开关量功能互连(BICO,binector connector)技术和功能图的系统结构描述是Siemens公司传动产品独有的3大技术特点和优势。

3 ACS800系列工程型变流器电流过载能力指标的分析

变流器的等效电流系数KC与其电流过载能力指标的四要素(过载电流百分比I1/IN、基本负载电流百分比I2/IN、过载时间t1和负载周期T)密切相关,与其额定电流IN并无直接关联。等效电流系数KC直接反映了变流器电流过载能力指标的强弱,其具体的物理含义是:当KC≤1时,表示变流器不具有超过其额定电流连续长时间运行的能力,大多数变流器就是这样情况,其中KC=1时表示变流器电流过载能力指标定义的四要素充分利用了其额定电流,如Siemens 6SE70/6SE71系列工程型变流器等;当KC>1时,表示理论上变流器具有超过一定的其额定电流连续长时间运行的能力,主要适用于大多数风机水泵类流体负载变转矩变频器和变流器在一些特殊工况下的情况。

Siemens公司的6SE70/6SE71系列工程型变流器的电流过载能力指标定义方式最为单一,且严密而科学,故本文仍以其作为电流过载能力指标比较的基准值。通过收集整理和分析ABB ACS800系列变流器产品目录或技术样本[4,5,6,7,8]上的有关数据,利用电流过载能力指标的四要素原则和等效电流系数KC法[3]得出ACS800系列和6SE70系列变流器电流过载能力指标一览表如表3所示。

通过表3可以发现,ACS800系列变流器的平均电流过载能力和6SE70系列变流器的平均电流过载能力相比具有如下两大特点:1)按轻负载应用时的工况考虑,前者的平均电流过载能力指标是后者的95.07%～99.50%(其算术平均值是97.53%),偏弱;2)按重负载应用时的工况考虑,前者的平均电流过载能力指标只有后者的79.33%～90.03%(其算术平均值是84.58%),明显弱势。因此,ACS800系列变流器的平均电流过载能力要明显弱于6SE70系列变流器。

注1:输出电流比值范围各列中括弧内的数值是其算术平均值。注2:离散度=最大值/最小值×100%。

据笔者统计,表3中979个样本中有65个样本存在1.1IL>1.5IH的情况,这是一种缺陷。SINAMICS传动家族中的所有产品都不存在这种缺陷,这是一种进步。对于ACS800系列变流器来说,其最大过载电流I1max=max(1.5IH, 1.1IL),而对于SINAMICS S120系列变流器来说,其最大过载电流I1max=1.5IH。

4 ACS800系列和SINAMICS传动家族变流器电流过载能力指标的比较

6SE70/6SE71系列变流器只定义了一种电流过载能力指标;ACS800系列变流器采用双重定额(即轻载电流IL和重载电流IH),定义了2种电流过载能力指标(不包括对Imax的定义),其中ACS800-04P则只定义了1种电流过载能力指标;SINAMICS S120系列变流器最多则定义了多达7种电流过载能力指标。对电流过载能力指标的定义过于繁复是不利于设计者正确选型的,且易于出现电流值不匹配的各种缺陷。

ACS800系列变流器基于轻载电流IL定义的电流过载能力指标所对应的等效电流系数KCL基本上都大于基于重载电流IH定义的电流过载能力指标所对应的等效电流系数KCH,显得比较齐整,其中仅有的6种例外产品情况如表4所示。顺便指出,Siemens SINAMICS传动家族变流器基于轻载电流IL和重载电流IH定义的电流过载能力指标就没有这种规律性可寻,显得比较凌乱。

注1:AC800-04(M)表示是芬兰ABB公司生产的基本型变频器模块,不带底托和输出铜排,此系列变频器北京ABB公司不能供货。

在进行电流过载能力指标的对比研究时,需要特别注意各变流器生产商对各种输出电流定义的差别。在此着重指出,ACS800系列和S120系列变流器关于最大输出电流的定义存在着实质性的差异:ACS800系列变流器中的Imax只能在启动时(即冷状态下)持续10 s,其他情况由传动温度来决定其运行时间;S120系列装机装柜型变频器和逆变器的Imax则可以在基本负载电流为0.7IN时每60 s持续10 s。

通过收集整理和分析ACS800系列和SINAMICS传动家族低压交流(200 V≤额定输出线电压≤690 V)变流器同类或相似产品在相同或相近工况下的等效电流系数KC的均值,得出ACS800系列和SINAMICS传动家族变流器电流过载能力指标比较表如表5所示。

通过表5可以发现,除了ACS800 DSU的平均电流过载能力比S120 BLM略强以外(实际上DSU和BLM的可比性不强,因为前者是采用二极管整流,而后者主要是采用晶闸管整流,DSU的档次则低于BLM),其余ACS800系列变流器的电流过载能力都要弱于SINAMICS传动家族低压交流变流器。ACS800系列变流器的平均电流过载能力指标是SINAMICS传动家族低压交流变流器的82.90%～102.67%(其算术平均值是91.24%),故以下3种常用系列变流器平均电流过载能力指标的强弱排序依次是:6SE70>S120>ACS800。

注1:G120系列和G120P系列变频器的过载时间t1为57s。

5 ACS800系列和SINAMICS传动家族变流器电流过载能力指标的缺陷分析

如果变流器的额定电流统一定义为其允许长期连续运行的输出电流,且变流器长期连续运行于此额定电流时,它不再具有过载能力,那么变流器各种输出电流之间就应该同时满足以下2个约束条件:1)IH<IL<IN<IS6<Imax;2)I2<IN<I1≤Imax,其中I2是变流器的基本负载电流,I1是变流器的过载电流。变流器各输出电流值一般是指在环境温度为40 ℃时的数值。第1个约束条件一般由变流器技术样本上的技术数据来保证;第2个约束条件一般由定义电流过载能力指标时来保证,其中的I2<IN和IN<Imax比较容易得到满足,但若不注意各输出电流值之间的相互匹配,就很容易产生各类不合理的缺陷。本文中将I1<IN的不合理情况称为第1类缺陷,将I1>Imax的不合理情况称为第2类缺陷。

ACS800系列变流器对IL和IH的定义分别是:基于基本负载电流IL,允许以1.10IL在5 min内运行1 min;基于基本负载电流IH,允许以1.50IH在5 min内运行1 min。IN则是变流器可以长期连续运行的输出电流额定值,故1.10IL和1.50IH之值只能都大于IN,否则对IL和IH的定义就没有任何意义。表6反映了ACS800系列变流器技术样本上各输出电流值所存在的第1类缺陷的情况(表中未列出1.10IL=IN和1.50IH=IN的临界情况,严格意义上说这种临界情况也是一种缺陷),未见其存在第2类缺陷的情况(因Imax只能在启动时持续10 s,其定义值偏大)。消除此类缺陷的方法有二:一是适当降低IN的值,二是适当提高IL和/或IH的值。

笔者根据上述理论和分析方法,对ACS800系列变流器的各种输出电流进行了仔细校核,发现了ABB公司中英文技术样本上所存在的一些原始电流值错误,现举3例:1)对于逆变器模块ACS800-104-0390-3,2009年中文版和2008年英文版技术样本上均标注IN=656A,此时1.1IL/IN=1.1×542/656=90.88%<100%,1.5IH/IN=1.5×423/656=96.72%<100%,显然不合理,实际上“656A”系“565A”之误。2)对于逆变器模块ACS800-104-0075-7,2009年中文版技术样本上标注IN=65A,IL=66 A,IL>IN,显然不合理,2008年英文版技术样本上标注IN=69 A,IL=66 A是正确的。3)对于逆变器柜ACS800-107-0105-3,2009年中文版技术样本上标注IN=147 A,IH=156 A,IH>IN,显然不合理,2010年英文版技术样本上标注IN=147A,IH=110 A是正确的。上述3条内容已得到ABB公司有关技术专家的确认,且第1项内容在ABB公司2010年英文版技术样本上已得到更正。

变流器允许的最大输出电流值Imax是一条“红线”,变流器的各种实际过载电流值在任何情况下都不允许超越此值(即便是短时),否则就有可能损毁变流器,至少会使变流器的故障率提高或严重影响其正常使用寿命。表7和表8反映了SINAMICS传动家族低压交流变流器技术样本上各输出电流值所存在的第2类缺陷(即I1>Imax)的情况(I1=Imax的临界情况并不是缺陷),未见其存在第1类缺陷的情况(与ACS800相比是一种进步)。消除此类缺陷的方法亦有二:一是适当提高Imax的值,二是适当降低IL和/或IH的值。

注1:参考文献[9]第3/78页上已明确指出100kW BLM不适用于10s2IN/50s0.7 IN这一电流过载能力指标定义方式,经笔者验证,3s2IN/17s0.7IN的电流过载能力指标定义方式亦不适用于100kW BLM。

需要着重指出,因SINAMICS G120和G120P系列变频器将轻载电流IL和额定电流IN混为一谈(相当于被降容使用),它们存在I1>Imax的缺陷情况比较普遍且严重。在G120 PM240/PM250模块不超过90 kW的52个样本中,存在1.5IL>Imax和2IL>Imax的缺陷情况分别有3个(详见表8)和41个(相应的最小值为73.33%),在大于90 kW的5个样本中,存在1.36IL>Imax,1.5IL>Imax和1.6IL>Imax的缺陷情况分别有3个、3个(详见表8)和5个(相应的最小值为77.57%);在G120 PM260模块的12个样本中,存在1.4IL>Imax,1.5IL>Imax和2IL>Imax的缺陷情况分别有2个、8个和12个(相应的最小值为67.74%);在G120P系列变频器的40个样本中,全部存在2IL>Imax的缺陷情况(相应的最小值为75.00%)。

6 结论

利用文中所论述的基本原理和分析方法,可以分析和比较出任何变流器的各种电流过载能力指标的强弱。各传动产品生产商在提供变流器的各种输出电流值时应特别注意其相互之间的协调性、匹配性和约束条件,否则就很容易顾此失彼而产生各类不合理的缺陷。

变流器的电流过载能力指标是其重要的性能参数,为了规范和统一其有关主要性能参数(如额定容量、额定电压、额定电流、基本负载电流、最大输出电流和电流过载能力指标四要素等,其中负载周期T现国内外普遍采用的典型值是300 s)的定义,建议在相关国家标准(如GB 12668:《调速电气传动系统》)中增加这方面的内容,这样做将有益于应用设计者正确合理地选用各种变流器。

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配电网重过载分析 篇5

随着经济的飞速发展和电力需求的快速增长、电网规模地不断扩大, 重过载问题日渐突出, 特别对配电网来说, 经常会出现各种故障。因此, 加强对配电网重过载的评估、分析和研究具有极其重要的意义。

1 重过载原因

随着人们生活水平的提高和工农业的快速发展, 对电力的需求日益增长, 而供电企业为了获取更多的利益, 往往会使电路超负荷运行, 为配电网出现重过载故障埋下了伏笔。在配电网实际运行的过程中, 造成输电线路过载的原因主要有以下三点: (1) 如果用电负荷比较大的地区的配电网发生供电线路N-l掉闸的情况, 就容易导致其他的供电线路过载; (2) 当高、低压输电线路构成的电网尚未解开时, 如果高压线路掉闸, 就会导致低压线路过载; (3) 在配电网线路消缺停运或N-l掉闸后, 由于调整不当或其他原因, 会导致事故范围扩大引发线路过载。

综合来说, 配电网出现重过载的主要原因是当前的电力输送系统的更新速度无法满足人们对电力的需求, 导致电力输送系统经常在超负荷的条件下运行, 或调度人员不准确地调整配电力输送系统。

2 重过载的调整方法

当输电线路出现过载现象时, 调度人员应及时采取相应的措施, 尽快地消除过载问题, 避免发生更严重的故障, 造成不必要的经济损失。目前, 比较成熟的调整重过载的方法主要有以下几种。

2.1 调整机组出力

在一个大的配电网中, 有许多机组, 当发生重过载后, 如果不及时调节, 就可能会引发严重的连锁反应, 造成严重的后果。因此, 在出现重过载现象后, 应及时降低送端电网机组的出力, 减少送出的潮流, 以达到消除过载的目的。同时, 加大其他相关机组的出力, 满足需求端对电力的需求。因此, 在发生重过载后, 应及时调节各机组的出力情况, 缓冲输电线路的过载情况, 稳定整个配电网的电力供应。

2.2 控制用电负荷

当局部线路掉闸后, 可能会形成临时辐射线路。这种供电方式会降低供电的可靠性, 特别是当电网方式薄弱、负荷较大时, 极有可能导致其他输电线路过载。因此, 当出现重过载事故后, 最直接、有效的方式是降低该区域用户的用电负荷, 消除该线路的过载现象。

2.3 调整机组出力与控制用电负荷结合

随着电网的快速发展, 用电系统也变得更加复杂。在解决实际的过载故障时, 单一的处理方式往往无法在短时间内消除线路的过载现象, 很难达到理想的处理效果。因此, 在大多数情况下, 会将调整机组出力和控制用电负荷结合起来, 共同调整, 尽快地消除重过载现象, 保证供电的安全性和可靠性。

2.4 改变系统的运行方式

电网的快速发展使得电网与电网之间的联系变得日益密切。在配电网向高等级电压发展的过程中, 往往会由于低电压系统没有及时解压而形成高低压电磁环网。在这种条件下, 高电压设备往往会出现掉闸的情况, 继而造成低电压设备的过载。解决这种有电网潮流分布造成的线路过载问题, 最有效的方法是改变电网的环网结构, 继而改变潮流的分布情况。这样方法可以最快地解除或降低电压设备的过载情况, 使得潮流降低至安全范围内。

3 预防措施

配电网重过载是我国电网发展中不可避免的问题, 所以, 除了要重视发生重过载后的调整措施外, 更重要的是要加强对重过载故障的防范。

3.1 调整用电方的电力需求

发生重过载的主要原因是用户对电力的需求瞬时增大, 因此, 在防范配电网出现重过载的过程中, 要先调整用户在某一时段对电力的需求。在不影响电力销售的前提下, 在一定的范围内调整电费价格, 使得不同用户对电力的需求出现在不同的时间段内, 避免出现瞬时电流过大的情况。

3.2 加强对配电网过载风险的评估

配电力系统过载分析主要是研究配电网系统在发生某些不可预测的过载故障时, 系统内设备元件的过负荷情况。而引起配电网输电线路过载的原因很多, 比如潮流的波动、环境温度、风向、阳光辐射等, 所以, 要对这些因素进行系统的分析。目前, 比较成熟的检测方法是分析严重度函数, 而常采用的方法是发电有功校正方法, 以此调整无功补偿装置和调整符合配置等。

3.3 完善事故后的预处理方案

在预控配电网重过载事故时, 要结合实际情况, 制订相应的预处理方案。但是, 方案中的内容一定要细化, 要为每一种可能制订详细的处理方案, 并且不断完善, 严格落实。只有这样, 才能在发生故障后及时、合理、准确地处理, 加快电网的恢复速度。

4 结束语

消防设备过载运行问题探讨 篇6

对于普通的低压用电设备而言,在设计中必须考虑线路过载保护问题。根据《低压配电设计规范》(GB50053-95)第4.3.4条规定:过载保护电器的动作特性应同时满足下列条件:

式中:IB为线路计算负载电流(A);In为熔断器熔体额定电流或断路器额定电流或整定电流(A);Iz为在一定敷设方式和环境温度下导体额定载流量(A);I2为保证保护电器可靠动作的电流(A)。当保护电器为低压断路器时,I2为约定时间内的约定动作电流,当为熔断器时,I2为约定时间内的约定熔断电流[1]。

因此,低压断路器和熔断体保护电器可靠动作的电流(I2)必需小于或等于导线的额定载流量(Iz),才能满足配电线路过载保护。值得留意的是,实际中经常有人只注重IB≤In,而对In≤Iz的条件不太重视,使配电线路过载保护得不到保障。例如2008年珠海方正PCB产业园仓库的空压机线路6×(YJV-4×240+1×120)焚毁,就是因为断路器没有起到过载保护作用,而使得电缆线路过载焚毁。

在IB≤In的前提下,《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》(GB50058-92)第2.5.13条规定Iz≥1.25In[3]。在导线的选择上留一点余量,对于消防设备配电回路,这点尤为重要。消防设备运行过程有允许过载运行而不允许切断电源的规定,所以在导线设计上按Iz≥1.25In来考虑是可取的。

《低压配电设计规定》(GB50054-95)第4.3.5条规定:“突然断电比过载造成的损失更大的线路,其过载保护应作用于信号面不应作用于切断电源[1]。”《民用建筑电气设计规范》第8.6.3.5条也规定:“对于突然断电会导致比因过载造成的损失更大的配电线路,不应装设切断电路的过负荷保护电器(如消防水泵的供电线路等),但应装设过负荷报警电器[2]。”此次所要讨论的消防设备如消防栓泵、喷淋泵、防排烟风机等消防用电设备配电回路,都要严格执行上述设计条款。

然而,在施工图中经常出现这一些问题,在这里做一下分析。首先来了解一下塑壳断路器DNM1(CM1),以下简称断路器。一般分为可调式和固定式两种。固定式脱扣器脱扣方式及附件代号说明如表1。

注:200:表示仅有电磁脱扣器的断路器本体;300:表示带有热动-电磁脱扣器的断路器本体;

瞬时脱扣器———电磁脱扣器(短路保护);复式胶扣器———热动电磁脱扣器(过载保护、短路保护);

无———只有本体脱扣器,无脱扣器附件;分励———分励脱扣器;欠压———欠电压脱扣器;

报警———报警触头;辅助———辅助触头;双辅助———两组辅助触头。

2 问题分析

现在就施工图设计中出现的问题分析如下。

1)低压配电系统图中,对消防用电设备的配电回路断路器,选择具有复式脱扣器且过负载保护作用于切断电源的断路器(例如选择代号为DNM1-225/4308、DNM1-225/4310、DNM1-225/4320、DNM1-225/4340等,见图1),均不符合(GB50054-95)第4.3.5条和GB50055-93第2.4.6条规定。

正确的设计如下。

(1)选用无过载保护而仅有短路保护功能的瞬时脱扣器。即固定式脱扣器代号为210的断路器。例如DNM1-225/4210(如图2所示)。瞬时脱扣器整定电流Ir3:固定式脱扣器中Ir3=5In或Ir3=10In两种;电动机保护型为Ir3=12In;

(2)具有过载保护但不切断电源而过载保护仅动作于信号的断路器。当断路器过载超出报警动作电流Iro时,预报警装置发出报警指示信号。对固定式脱扣断路器而言,虽然先用复式脱扣器,但其过载保护动作于信号而不切断电源,就应该先择脱扣器附件为208的断路器,例如DNM1-225/4208(如图2所示)。

2)消防栓泵、防排烟风机等控制箱系统图中,常出现将一般用电设备的一、二次回路套用于消防用电设备的情况。各系列热继电器均具有常开辅助触点(NO)、常闭辅助触点(NC)各一对。对一般用电设备在一次配电回路中设置热继电器并将其常闭辅助触点(NC)串接于控制回路中,起到过负载时切断电源的保护作用。对一般用电设备过负载保护(见图3)。而对消防用电设备而言,热继电器常闭辅助触点(NC)不允许串接于其控制回路中。

对消防用电设备而言,如果控制箱一次配电回路断路器选用过负载保护,动作于信号而不切断电源、脱扣器附件代号为208的断路器,例如DNM1-觹/4208,在一次配电回路中不应再设置热断电器,因为与断路器的过负载信号功能重复。

对选用仅有短路保护功能的瞬时电磁脱扣器的断路器(即脱扣器附件代号为200的断路器),例如DNM1-觹/4200的一次配电回路中,应设置热继电器并使其常开辅助触点(NO)接入过载信号回路中,一次配电回路中一旦出现过负载,NO触点闭合,接通过载信号回路,实现过载报警。

3)微型断路器(MCB)不应用于消防用电设备的配电回路保护。

排烟风机和正压送风机,均为重要的消防用电设备。其电动机功率常在3.0~22kW范围内。由于电机功率不大,所以工程设计中,常见防排烟风机控制箱系统图中,风机配电回路采用微型断路器作保护的问题,例如使用C65N或S2等型号微型断路器。

就目前而言,各种型号的微型断路器的性能,均为固定式复式脱扣器,过载保护和热磁脱扣器短路保护均为切断电源。微型断路器目前尚无过载保护只报警而不切断电源的产品。所以微型断路器作为消防用电设备的配电回路保护,不符合《低压配电设计规范》GB50054-95第4.3.5条规定。

所以目前微型断路器是不能用作消防用电设备配电回路保护的。

防排烟风机及其它消防用电设备控制箱系统图中,消防用电设备配电回路,NO触点闭合,接通过载信号回路,实现过载报警(如图4所示)。

常见选用控制保护组合电器KB0来保护。对消防用电设备配电回路而言,KB0的热磁脱扣器类别,只能选择F型,如F212或F322,即消防型32d或36d。除此而外,选择KB0的其它类型的热磁脱扣器,对消防用电设备的配电回路而言,都不符合上述设计规范规定。此点不可忽视。

3 结论

由于消防用电设备运行过程中突然断电比过载造成的损失更大,所以在一次的供电回路和二次的控制回路设计上要特别注意,避免因为设计的不当而引入安全隐患,给人身和财产安全带来威胁。

摘要：在很多小型、改造项目中,经常由一些非消防专业的工程师兼任设计包施工。由于对消防设备设计要求的认识不深和平时工作的惯性思维,极容易在断路器、热继电器选择和控制逻辑设计问题上陷入误区,给消防设备可靠运行埋下严重的隐患。

关键词：短路保护,过载保护,脱扣器

参考文献

[1]GB50053—1995.低压配电设计规范[S].

[2]JGJ-T16—2008.民用建筑电气设计规范[S].

设备过载运行引起变压器损坏 篇7

2014年2月14日, 农历正月十五。春节过后刚恢复供电的专用变压器用户南通力强钢丝有限公司在更换一台烧坏的低压DW15-400分路断路器后送电时, 分路断路器后段电缆线路发生了短路, 引起用户专用变压器高压相间、相与外壳间的短路, 致使用户专用变压器10 k V柱上真空断路器保护跳闸。

2 事故原因分析

经现场查看及检查发现, 引起该起事故的原因主要有以下几个方面。

(1) 用户专用变压器长时间超负荷运行, 造成变压器温度过高, 引起变压器油的分解;再加上春节期间用户报停变压器, 由于春节期间气温低, 变压器温差大, 造成绝缘漆老化开裂, 致使变压器击穿损坏。

(2) 用户分路断路器长时间超负荷运行, 造成断路器温度过高, 引起断路器弹簧退火, 弹力下降, 致使断路器触点过热, 断路器触点引出的上、下引线过热, 致使断路器绝缘材料烧焦, 引起绝缘击穿。

(3) 用户电缆长时间超载运行, 造成电缆导电线芯过热, 致使电缆绝缘材料烧焦, 最后引起绝缘击穿。

3 事故防范措施

综上分析, 为预防设备过载运行引发类似事故, 应做好以下防范措施。

(1) 用户应具备最基本的安全用电知识和安全用电意识, 对自己的用电负荷和用电能量等情况做到心中有数, 根据用电负荷科学合理地设计、安装用电线路和设备。

(2) 用户专用变压器应在正常合理的范围内使用, 防止变压器超负荷运行。

(3) 应定期对开关设备进行维护保养, 确保设备健康运行。