有载调压变压器

有载调压变压器（共9篇）

有载调压变压器 篇1

1 引言

有载调压变压器相对于无励磁调压变压器具有能在带负荷的条件下随时切换分接头开关, 保证电压质量的优点, 因此被广泛应用。

变压器有载调压开关随着变压器性能参数的不同, 有载调压开关的尺寸也有所不同。我国目前有载调压变压器大多数采用中性点调压方式调压, 随着有载调压变压器中性点绝缘水平的提高, 有载调压开关的电压等级也相应提高, 电压等级越高有载调压开关的尺寸越大, 甚至出现有载调压开关的尺寸决定变压器油箱高度的情况。

在变压器设计制造中出现为了满足有载调压开关对油箱机械和电气性能的要求而人为加高油箱的情况, 造成了生产成本不必要的增加。

2 有载调压变压器开关升高座的应用

大容量有载调压变压器一般采用三相五柱式铁心结构, 采用此种结构的变压器一般具有矮长的特点。若变压器中性点电压等级为110k V, 有载调压开关电压也应为110k V, 调压开关尺寸大, 高度高。有载开关分接选择器底部电位与变压器中性点电位相同也是110k V, 为了防止开关对变压器箱底放电, 开关底部对变压器箱底必须具有足够大的绝缘距离。为了满足有载调压开关对变压器箱底的机械和电气绝缘距离的要求, 保证有载调压开关和变压器安全运行, 传统设计方法是将变压器的油箱人为地整体加高。其变压器油箱具体如下图所示。

由图1可见, 此种结构为了保证有载开关的正常使用和变压器的安全运行, 增加了钢板和变压器油的用量。为了降低生产成本, 在满足有载调压变压器性能的前提下, 根据有载调压开关的结构及安装方式设计了一种椭圆形开关升高座 (见图2) 。将此升高座焊接在变压器箱盖上, 使安装有载调压开关油箱部分局部加高, 此种结构既满足了有载调压开关对变压器油箱的机械和电气绝缘距离的要求, 又避免了将变压器油箱整体加高。有载调压开关升高座上方设置跑气管, 该跑气管与变压器主气管相连, 将积聚于此升高座内的气体排出, 从而保证有载调压开关和变压器的安全可靠运行。

3 箱盖顶部加焊开关升高座的优点

箱盖加焊开关升高座油箱结构变压器如图3所示, 改进前油箱结构如图1所示。改进前和改进后油箱两者相比较, 在各项性能相同的情况下, 改进后变压器比改进前变压器所用钢板和变压器油均有所减少。以一台SFZ11-120000/220有载调压变压器为例:变压器油箱采用加焊开关升高座改进后油箱结构, 相对于改进前油箱结构节省钢板约420kg, 节省变压器油4190kg。可见箱盖加焊开关升高座结构相对于改进结构前节材效果明显。

4 结语

随着输变电产业的快速发展, 变压器生产企业之间的竞争愈演愈烈, 在满足用户对变压器性能要求的前提下, 如何最大限度地降低生产制造成本是变压器生产企业的立足之本。采用变压器箱盖开关处加焊开关升高座结构可有效降低变压器生产成本, 具有广阔的推广应用前景。

摘要：在变压器油箱上加焊开关升高座, 可以使油箱局部升高, 以满足变压器有载调压开关对变压器油箱的机械和电气要求。

关键词：变压器,有载调压开关,开关升高座

有载调压变压器 篇2

1.危害辨识

1.1 误入安全范围以内而被电伤(本次作业为带电作业，最小安全距离1.5m)； 1.2 有载调压开关油箱轻瓦斯保护连片未解除，换油过程中轻瓦斯保护动作报警； 1.3 闭锁有载调压保护连片未解除，换油过程中调压时引起分接开关油箱内绝缘击穿； 1.4 换油速度过快或注油和放油方向弄反，导致有载调压开关油箱内油隙击穿。2.准备阶段

2.1 物资：合格的变压油170kg，空油桶1个；

2.2 工具：10寸活动扳手2把、真空滤油机1台，输油管3根（带专用法兰2个）； 2.3 人员：3名电工（其中至少1名校验班长以上的专业管理人员）； 2.4 作业前的联系工作：在总降运行班长记录本上记录以下项目: 2.4.1 联系调度稳住本主变的负荷，避免大负荷冲击引发电气故障。

2.4.2 通知总降值班班长注意主变运行电压，如需调压，及时联系停止换油操作，并申请在电力局侧进行调压。

2.4.3 解除变压器分接开关油箱的轻瓦斯保护、闭锁有载调压。2.5 方案：根据以上内容制定详细检修方案；

2.6 安全学习：根据检修方案，组织参与检修的人员进行安全学习。3.实施阶段

3.1 确认变压器有载调压开关油箱的轻瓦斯保护连片已解除、闭锁有载调压保护连片已连接； 3.2 清洗输油管，将二根输油管的一端分别与专用法兰连接、紧固，分别作为放油管和注油管；

3.3 拆除有载调压开关油箱放油阀和注油阀的盲板,将3.2中已连接好的专用法兰分别与放油阀和注油阀连接；

3.4 打开放油阀,将有载调压开关中变压器油缓慢放入空油桶中，直到油位降至0.5左右； 3.5 通过真空滤油机缓慢向分接开关中加注变压器油，直到油位至7左右； 3.6 重复以上第“3.4”、第“3.5”项N次；

3.7 取分接开关中变压器油试验，直到耐压达到25KV以上，否则，再重复第3.4及以下项目；

3.8 停止以上操作，关闭放油阀和注油阀,拆除输油管，恢复变压器现场； 3.9 打开有载调压开关油箱瓦斯继电器放气咀，放出其中空气直至冒油。4.正常操作时间标准（不含放气时间）：5小时。5.交接阶段

5.1 现场三清：工具、物资、卫生；

5.2 联系总降值班班长和调度，告知本次换油操作完毕，可以正常倒机操作，但本变压器暂时不能进行有载调压（如需调压，及时申请在电力局侧进行调压）；

5.3 6h和12h后，打开有载调压开关油箱瓦斯继电器放气咀，分别放出其中空气一次，观察有载调压开关油箱瓦斯继电器内无气后，恢复变压器有载调压开关油箱轻瓦斯保护、闭锁有载调压保护连片；

有载调压变压器 篇3

【关键词】有载开关；故障；维护

随着国民经济的快速发展，人们的用电量急剧上升，同时电力系统也在不断发展和完善，因此对电能质量的要求也越来越高。为了稳定由于发电和耗电不平衡引起的电压波动，保证电压质量，在现代的变压器设备中采取分接开关来进行系统电压调节。分接开关是变压器中最重要的组件，分接开关的可靠性决定着整个电力系统的正常运行情况。在实际的运行当中，有载分接开关时常有故障发生，调压失败轻则影响电压合格率和变压器的使用率，重则会对当地企业和人们的生活造成损失。因此，保证变压器安全可靠运行、准确快速的处理变压器有载分接开关的故障和维护工作十分重要。

一、有载分接开关概述和机构原理

（一）有载调压在切换过程中不中断线圈通过的电流，同时还保证了两分接头之间的一段线圈不发生短路，而是在有载电压切换过程中采用一种过渡电路，此过渡电路中装载有电抗和电阻两种限制电流的元件。采用电抗元件进行电路过渡的调压装置被称之为电抗式有载分接开关，这种调压装置的体积较大、成本较高，至目前为止这种调压装置已经停产。采用电阻元件来限制电流的调压装置被称之为电阻式有载分接开关，此调压装置具有较小的体积、裁量使用量较少等特征，在目前的线路安装中得到广泛应用。电阻式有载分接开关根据其结构原理不同分为复合式有载分接开关和组合式有载分接开关，其中复合式分接开关的选择开关和切换开关你并为一体；而组合式有载分接开关的选择开关和切换开关具有其单独结构，

（二）有载开关的结构原理：上文中我们也提到了有载分接开关根据其结构原理不同分为复合式有载分接开关和组合式有载分接开关，这里将重点介绍组合式有载分接开关，其重要组成构件包含包含以下几个部分：1、切换开关：此切换开关和分接选择器配合使用，作为分接开关用来承载、接通和断开已有电路中电流。2、分接选择器：主要是配合切换开关来选择分接、连接的位置。3、主触头：承载不经过过度电阻的电流，此装置与变压器的绕组连接在一起，并且不具有通知和断开任何电流的抽头组。4、过度触头：经过串联的过渡电阻，而与变压器的绕组连接，但是具有通知和断开电流的触头组。此构件具有限制电流、减少电弧、防止短路的功能。5、主通断触头：不经过度电阻而与变压器的绕组连接，起到接通和断开电流的触头组。6、机械传动部分：此部分的重要组成部分包含电动机构和快速机构。目前，有载调压变压器已经得到广泛应用，并在在实际的应用中在很大程度上提高了电能质量。但是有载调压变压器中的有载开关型号众多，且此类产品中部分开关的结构和工艺质量的检修以及维护方面都存在一些问题，导致其再使用过程中出现故障，进而影响到电网的正常运行。

二、变压器有载分接开关中常见的故障

（一）有载分接开关烧毁故障。根据相关统计，在有载分接开关烧毁故障运行中烧毁的故障在再生个开关故障中占有40%的比例，在有载分接开关烧毁故障中由于触头接触不良而引起拉弧，进而造成有载分接开关启动瓦斯保护动作而使电网跳闸引发停电事故发生。通过对此故障的分析，总结出发生有载开关中触头烧毁的主要原因包含以下两个方面：第一，有载开关装置中的触头发生松动，而使其位置发生偏移，进而引发有载开关中抽头的接触不良，在实际的检修中发现松动后的触头检出面积还不到1/3.触头的松动主要是因为频繁的调压振动和安装时触头装偏或是紧固较松。

（二）有载分接开关油箱渗油故障。据相关同居油箱渗油故障在有载开关故障中占有13%以上的比例，此故障的具体表现为以下两种形式：第一，油箱盖、放油孔和底部铆接部位的渗油。这些部位发生渗油的原因首先是油箱盖的上盖密封圈太薄；其次是设备的绝缘密封老化；再次是设备在组装过程中造成密封圈损失。第二，切换开关的油室与切换开关的密封不良，有载开关的渗油情况主要发生在油室和本体结合的法兰处。若是有载开关的油位高于切换开关本体的油位时，开关油进入变压本体油中，使变压器本体油色谱变化而产生故障。

（三）选择开关分接引线与静触头的固定绝缘杆变形故障。绝缘杆在其自身机械强度不足和外力作用下发生变形。在有载分接开关中由于自身器械强度较低，很容易发生变形，在有载分接开关切换过程中，绝缘杆的变形会造成动静触头的接触不良，严重时还会造成开关切换中触头间起弧放电、高温过热，进而烧断过度电阻。

（四）主轴扭断故障。根据对主轴扭断故障的分析发现产生此故障的主要原因是：1、电气限位装置机械传动部分由于发生松动而出现分离，导致此装置失灵；2、机械连接器发生卡涩，由于极限位置机械连接器，极限位置机械连接器脱扣拨指变形导致。3、调压至极限位置时过档而扭断主轴。

三、变压器有载分接开关中常见的故障的维护方法

（一）防止有载分接开关装置中触头的松动。主要是通过增加静触头固定自锁螺钉，同时把静触头装置的接触面设置为微凹型面，动触头的接触面设置为凸面，因为凹凸面的设置在静动触头偏差不大的情况下可以自行校正。此外在调整和检修装置的过程中要加强对触头压力的检测和调整。

（二）当发生渗油故障时，通常是采用更换上盖密封圈，同时调整有载调压开关的油位；对于开关渗油最好是将油箱铆钉部分改为箱体纵向的自锁螺栓连接，这样避免了因为油箱内压力不均匀而出现渗油现象；对于有效的放油孔位置的密封有外密封改为内封；此外还可以通过加厚上盖密封圈和增加压缩量的方法防治渗油故障的产生。

（三）定期检查。定期对有载分接开关的绝缘油和吊芯的检查。变压器有载分接开关的检查周期可以按照DL/T574-95进行制定，也可以根据实际的运行情况制定。有载分接开关经过几次的切换之后其颜色就会黑，随着其耐压力下降，通常情况下在绝缘油的压力降至20KV～25KV时就需要更换新油。另外在对有载分接开关进行定期检查时主要是检查其查快速机构和触头的磨损情况，以消除有载分接开关内部的潜在故障。

（四）做好日常巡查维护工作。在日常巡查过程中要对输出和输入的电流、电压和变压器的温度以及有载分接开关的其他各部件的原始参数做好记录。对于绝缘杆应加强其本身的强度，以减少其变形发生率。在巡查主轴部件时，要先进行手动调整，并在极限档位机械闭锁动作正常后再进行电动调整。

四、结束语

有载调压变压器 篇4

1 产品结构

1.1 铁心

铁心采用单相三柱式, 铁心截面经过程序进行合理优化, 铁心接缝为多级步进搭接结构, 减少铁心接缝部位的磁场畸变, 降低局部涡流损耗, 铁心片采用二片一叠, 不叠上铁轭, 最大限度的减小励磁电流、降低了空载损耗。

铁心片采用高导磁、低损耗、冷轧取向硅钢片, 心柱表面最末两级硅钢片和心柱拉板开有隔磁长槽, 有效防止横向漏磁通在拉板和铁心表面产生的损耗而引起的局部过热。

1.2 线圈

高压线圈采用幅向分裂, HV2采用纠结连续式, HV1为螺旋式结构;低压线圈采用插入屏蔽连续式;第三线圈采用连续式。导线为半硬复合导线或自粘换位导线, 严格控制导线应力及轴向力的计算值在规定范围内, 导线的匝绝缘纸采用超高压产品专用绝缘材料, 对匝绝缘的包扎层数、包扎方法提出了具体要求。这种结构的线圈纵向电容大, 冲击电位分布好, 具有足够的抗冲击能力和绝缘强度, 机械性能好, 可以保证线圈的可靠运行。通过精确计算合理设置线圈中挡油板的数量和位置, 有效控制了线圈温升。

1.3 器身绝缘

主绝缘为我公司成熟的薄纸筒小油隙绝缘结构, 心柱、旁柱放置地屏, 进行了端部电场和主绝缘电场计算, 并根据电场计算结果设计绝缘结构, 放置成型角环改善了端部电场, 保证了绝缘强度。

器身采用整体套装, 单个线圈和线圈组装都采用恒压干燥, 以稳定绕组的轴向尺寸, 器身压板和托板采用大厚度整张热压绝缘纸板, 保证了绝缘性能和机械强度, 提高了绕组的抗短路能力。

1.4 引线

500kV引出线采用魏德曼公司设计生产的出线绝缘装置, 其余引线采用电缆连接, 外包一定厚度的绝缘皱纹纸。通过电场计算, 对线圈主纵绝缘、引线、开关、套管等关键部位进行详细分析, 严格控制各关键点电场强度, 具有足够的绝缘裕度。引线支撑件、夹持件具有足够的强度和刚度, 对引线结构进行了电动力计算, 根据计算结果合理布置引线支撑和夹持件的位置, 保证引线被充分紧固。引线采用冷压机械连接, 消除焊接污染, 并应用成熟可靠的屏蔽措施, 控制局部放电。

1.5 油箱

油箱采用桶式结构, 外部加槽型加强铁, 可承受真空压力13Pa和正压0.1Mpa的机械强度试验。在油箱内侧合理布置铜、磁屏蔽, 以减少杂散损耗和防止油箱局部过热。

1.6 其它外部结构

此变压器采用抬轿式运输结构;冷却装置采用15组散热器, 7只风机, 4只轴流泵;采用胶囊式储油柜。外部结构布置合理、外型美观。

2 产品基础研究验证工作

2.1 漏磁通分布仿真计算

对该变压器漏磁通进行分布计算, 通过计算主空道及油箱的磁通量, 布置合理的屏蔽措施以降低附加损耗, 防止局部过热和减少有害的电磁力。

2.2 绝缘结构可靠性仿真计算

(1) 电场计算。

根据电场计算结果, 合理设置静电板尺寸, 优化绝缘结构消除整个绝缘系统中的薄弱环节, 科学合理的绝缘介质匹配设计, 使油隙在局部放电试验电压下的电场强度值低于油隙起始局部放电电场强度。

(2) 波过程计算。

利用波过程计算软件计算线圈的冲击电压分布, 根据计算结果采取了有效措施, 调整线圈屏蔽的段数和匝数、工作线匝绝缘的厚度、屏蔽线匝绝缘的厚度以及油道的大小, 通过电容补偿进一步改善冲击电压梯度的分布, 各绝缘裕度均大于1.3, 保证线圈纵绝缘强度满足绝缘设计要求且具有良好的冲击电压分布, 并严格控制场强分布, 确保绕组内不发生局部放电, 确保绕组的纵绝缘强度。

2.3 其它方面的研究信息请登陆:输配电设备网

在产品绝缘设计过程中, 按“无起始局部放电电场场强”原则严格控制各关键点电场强度, 具有足够的绝缘裕度, 而且在生产各工序严格保证质量, 使产品的局部放电量得以控制。在提高抗短路能力、油流带电、噪声等方面也做了充分的研究。

3 试验结果

本产品一次性通过各项试验, 各项指标均满足协议要求, 并达到国际先进水平。

4 结语

该变压器的成功出口, 为我公司进一步开拓国际市场、提高企业在国际变压器市场的知名度奠定了良好的基础, 充分展示了我公司在超高压、大容量变压器国际市场上的领先地位。

摘要：介绍了我公司出口单相166.67MVA/500kV有载调压变压器的设计情况, 主要包括结构、提高变压器可靠性而采用的关键技术, 并给出了试验结果。

有载调压变压器 篇5

随着电力电子技术的发展,电力电子设备,如晶闸管,作为调压分接开关得到了广泛应用,使电压调节迅速,调节效果明显要好于机械式的有载调压装置[1,2]。但是,晶闸管触发、导通时刻的选择对调压暂态过程有很大的影响。为实现无冲击调压过程,文献[3]介绍了晶闸管导通时刻的确定方法,但没有考虑调压过渡电阻或电抗、调压绕组变化的影响[4],也没有考虑变压器铁芯磁滞、磁饱和及涡流损失的影响[5,6]。本文针对这一情况,在考虑上述因素的前提下,研究了以晶闸管作为调压分接开关的调压过程,得到了无冲击调压时刻的确定方法,通过仿真和实验验证了这一方法的正确性。

1 有载调压变压器模型分析

采用如图1所示的变压器模型分析有载调压过程。对于励磁支路,现暂时用一个黑盒子表示。

按图1所示电路,可列出以下方程:

$\{\begin{array}{l}u{}_2=R{}_{\text{L}}i{}_2+L{}_{\text{L}}\frac{\text{d}i{}_2}{\text{d}t}\\ u{}_1-e=R{}_{1}i{}_1+L{}_1\frac{\text{d}i{}_1}{\text{d}t}\\ e=\alpha R{}_{2}i{}_2+\alpha L{}_2\frac{\text{d}i{}_2}{\text{d}t}+\alpha u{}_2\\ i{}_1=\frac{i{}_2}{\alpha }+i{}_0\\ i{}_{\text{o}}=f(e)\end{array}(1)$

式(1)中第5个方程就是用来描述变压器铁芯磁滞、磁饱和及涡流损失的影响。

在进行电压调整之前,电源的电压保持稳定。一、二次侧的等效漏电阻和漏电感的额定值可以由短路实验得到的数据求得,调压前后变比、绕组数目的变化已知时,这些数值要做相应修改。而负载的等效电阻和电感可以由采集到的二次侧电流和电压经计算获得,并设在调压过程中负载不发生改变。如果变压器的铁磁特性已知,即io随时间的变化规律已知,则可以求解出电流i2。由于这是一个1阶微分方程,电流i2的解中将含有一个稳态分量和一个随时间衰减的暂态分量。显然,无冲击调压过程就是要求这个暂态分量的值为0,这与调压分接开关的动作时刻密切相关。

2 有载调压变压器铁磁特性建模

目前变压器的铁磁特性的建模方法很多[7,8,9,10,11],但大多是基于电磁理论,得到的数学公式复杂,实际使用起来不方便。本文采用通过测量变压器空载电压、电流及空载有功损失的方法来建立分段线性化的变压器铁磁特性的模型[12,13]。空载实验等值模型如图2所示,由于变压器的漏阻抗相对于励磁阻抗而言很小,所以忽略。

在空载实验时,对变压器施加固定频率的正弦电压,测量在交流稳态下进行,不存在直流分量。这样按电压由低到高的顺序对变压器进行N次空载实验,每次施加的正弦空载电压为:$u=\sqrt{2}U\sin \omega t$,有效值分别为U1,U2,…,UN,相应得到空载电流的有效值分别为I1,I2,…,IN,空载功率损耗依次为P1,P2,…,PN。

2.1 非线性电阻Re的U-I0R特性曲线

当对变压器施加的正弦电压较低时,Re不会表现出非线性,可以认为Re是一个线性电阻,所以流过Re的电流有效值为:

${\rm I}{}_{0\text{R}‚i}=\frac{{\rm P}{}_i}{U{}_i}i=1,2,\cdots ,{\rm N}(2)$

式中:I0R,i为N次空载实验中第i次流过Re的电流有效值。

在绘制U-I0R特性曲线时,以坐标原点为起始点,最初的几个点按式(2)计算。把这些点依次连接起来,应为一条斜率固定的直线。当对变压器施加的正弦电压增加,Re表现出非线性时,根据功率的表达式,有

${\rm P}{}_i=\frac{2}{\text{π}}{\displaystyle {\int }_0^{\frac{\text{π}}{2}}u}{}_{i}i{}_{0\text{R}‚i}\text{d}\omega t(3)$

式中:ui,Pi分别为第i次空载实验外加空载电压和空载有功损耗,可以测得。

本次空载实验之前的U-I0R关系已知,而且在每个线段内U-I0R关系是线性的,所以式(3)又可写为:

${\rm P}{}_i=\frac{2}{\text{π}}{\displaystyle \sum _{j=1}^{i-1}{\displaystyle {\int }_{\arcsin \frac{U{}_{i-j-1}}{U{}_i}}^{\arcsin \frac{U{}_{i-j}}{U{}_i}}\frac{u{}_j^2}{R{}_j}}}\text{d}\omega t+\frac{2}{\text{π}}{\displaystyle {\int }_{\arcsin \frac{U{}_{i-1}}{U{}_i}}^{\frac{\text{π}}{2}}\frac{u{}_i^2}{R{}_i}}\text{d}\omega t(4)$

式中:$R{}_i=\frac{U{}_i-U{}_{i-1}}{{\rm I}{}_{0\text{R},i}-{\rm I}{}_{0\text{R},i-1}}$,为线段i的线性电阻值。

对于式(4)等号右边第1项,采用分段积分的方法可以求得;对于式(4)等号右边第2项,设在积分区间内U-I0R为线性关系,则可以求得I0R,i。按这种方法依次求解,即可得到反映非线性电阻Re特性的一条U-I0R关系曲线,如图3所示。

2.2 非线性电感Le的ψ-I0L特性曲线

由于施加的空载电压为稳定的交流电压,所以产生的磁链为:$\psi =-\sqrt{2}U\cos \omega t/\omega$,不含直流分量。进行N次空载实验,在各空载电压下的磁链有效值分别为:$\sqrt{2}U{}_1/\omega ‚\sqrt{2}U{}_2/\omega ‚\cdots ‚\sqrt{2}U{}_{{\rm N}}/\omega$。当空载电压较小时,Re在线性段上,所以有:

${\rm I}{}_{0\text{L},i}^2={\rm I}{}_i^2-{\rm I}{}_{0\text{R},i}^2(5)$

式中:I0L,i为第i次空载实验流过电感Le的电流有效值;Ii为第i次空载实验流过Re和Ie组成的阻抗的电流有效值。

这样根据空载电流和前面解出的I0R即可求出I0L的值。然后以坐标原点为起始点,根据磁链与空载电压的关系,即可绘出ψ -I0L特性曲线的线性部分。

当空载电压增加,Re表现出非线性特性时,根据电流有效值的定义,有

$\begin{array}{l}{\rm I}{}_i^2=\frac{1}{\text{π}}{\displaystyle {\int }_0^{\text{π}}(}i{}_{0\text{R}‚i}+i{}_{0\text{L}‚i}){}^2\text{d}\omega t=\\ \frac{2}{\text{π}}{\displaystyle {\int }_0^{\frac{\text{π}}{2}}i}{}_{0\text{R},i}^2\text{d}\omega t+\frac{2}{\text{π}}{\displaystyle {\int }_0^{\frac{\text{π}}{2}}i}{}_{0\text{L},i}^2\text{d}\omega t(6)\end{array}$

式(6)中等号右边第1项可由U-I0R关系求出,式(6)等号右边第2项可按照下式求得:

$\begin{array}{l}{\displaystyle {\int }_0^{\frac{\text{π}}{2}}i}{}_{0\text{L},i}^2\text{d}\omega t={\displaystyle \sum _{j=1}^i{\displaystyle {\int }_{\arccos \frac{\psi {}_{j-1}}{\psi {}_i}}^{\arccos \frac{\psi {}_j}{\psi {}_i}}[}}{\rm I}{}_{0\text{L}‚j-1}+\frac{{\rm I}{}_{0\text{L}‚j}-{\rm I}{}_{0\text{L}‚j-1}}{\psi {}_j-\psi {}_{j-1}}\cdot \\ (\psi {}_i\cos \omega t-\psi {}_{j-1})]{}^2\text{d}\omega t(7)\end{array}$

式中:I0L,j为第j次空载实验流过Le的电流有效值;ψj为第j次空载实验Le的磁链。

式(7)中未知量仅有I0L,j可以解出。按这种方法依次求解,即可得到反映非线性电感Le特性的ψ -I0L关系曲线。

由于U-I0R和ψ -I0L的关系曲线都是分段线性的,所以可以分段相加,在u∈[Ui-1,Ui]区间内,空载电流i0的表达式可写为:

$\begin{array}{l}i{}_0=\left({\rm I}{}_{0\text{R},i-1}+\frac{{\rm I}{}_{0\text{R},i}-{\rm I}{}_{0\text{R},i-1}}{U{}_i-U{}_{i-1}}U\right)\sqrt{2}\sin \omega t+\\ \left({\rm I}{}_{0\text{L},i-1}+\frac{{\rm I}{}_{0\text{L},i}-{\rm I}{}_{0\text{L},i-1}}{\psi {}_i-\psi {}_{i-1}}\psi \right)\sqrt{2}\cos \omega t(8)\end{array}$

在U-I0R和ψ -I0L关系曲线的最初线性段,有

$i{}_0=k{}_1\sqrt{2}U\text{s}\text{i}\text{n}\omega t+k{}_2\frac{\sqrt{2}U}{\omega }\cos \omega t(9)$

式中:k1,k2分别为U-I0R和ψ -I0L关系曲线图中线性部分斜率的倒数。

3 无冲击调压时刻分析

按实际测量的空载数据,作出U-I0R和ψ -I0L关系曲线后,由式(8)和式(1)即可解出i2的表达式,得到准确的无冲击调压时刻,可采用传输线(TLM)法来求解[14]。为验证本方法的正确性,结合工程实际情况,如果能对式(1)假设:u≈e,且励磁支路的电阻和电感都为线性的,那么式(1)可写为:

$A\text{s}\text{i}\text{n}(\omega t+\delta )=Bi{}_2+D\frac{\text{d}i{}_2}{\text{d}t}(10)$

式中:

$\begin{array}{l}A\text{s}\text{i}\text{n}(\omega t+\delta )=\sqrt{2}U[(1-k{}_{1}R{}_1+k{}_{2}L{}_1)\sin \omega t-\\ \left(k{}_2\frac{R{}_1}{\omega }+k{}_1\omega L{}_1\right)\cos \omega t]\\ B=\frac{R{}_1}{\alpha }+\alpha R{}_2+\alpha R{}_{\text{L}}\\ D=\frac{L{}_1}{\alpha }+\alpha L{}_2+\alpha L{}_{\text{L}}\end{array}$

解式(10)得:

$\begin{array}{l}i{}_2=\frac{AD}{\omega {}^{2}B{}^2+D{}^2}\sin (\omega t+\delta )-\frac{\omega AB}{\omega {}^{2}B{}^2+D{}^2}\cdot \\ \cos (\omega t+\delta )+C\text{e}{}^{-\frac{D}{B}t}(11)\end{array}$

要实现无冲击过程,应在调压时刻使常数项为0,这样二次侧电流将直接进入稳态,所以有:

$i{}_2(0)=\frac{AD}{\omega {}^{2}B{}^2+D{}^2}\sin \delta -\frac{\omega AB}{\omega {}^{2}B{}^2+D{}^2}\cos \delta (12)$

如果把变压器考虑为理想的,即忽略漏电阻、漏电感和励磁支路,式(12)的参数取值为:$A=\sqrt{2}U‚\delta =0‚B=\alpha R{}_{\text{L}}‚D=\alpha L{}_{\text{L}}$,则

$i{}_2(0)=-\frac{1}{\alpha }\frac{\sqrt{2}U}{{\rm Z}{}_{\text{L}}}\sin \phi (13)$

式中:ZL为负载阻抗;φ为负载阻抗角。

式(13)表明:投切应选在ωt=φ时刻,这与传统的以负载阻抗角确定调压时刻的结论是一致的。

4 仿真研究

为验证前面所述的方法,用MATLAB对一台虚拟的单相变压器分接头切换过程进行仿真[15]。变压器参数为:额定容量SN=20 kVA;变比α=10 kV/0.48 kV;一、二次侧的漏电阻、漏电抗的标幺值R1=R2=0.012;L1=L2=0.017 5;模型考虑铁芯的磁饱和、磁滞引起的非线性,通过实验得到空载数据,获得铁芯的电磁特性。一次侧电源电压$u=10\sqrt{2}\sin \omega t$kV,负载ZL=(10.368+j5.022)Ω。切换前变比为额定变比,切换后变比为0.67α。在分接头切换过程中,考虑绕组变化引起的一次侧漏电阻和漏电感的变化。

按上述方法计算,要确保投切过程无暂态,电流无冲击,应在i2=-25.685 A时进行分接开关的切换。仿真的一次侧电流波形如图4(a)所示,图4(b)为按理想变压器考虑时的一次电流波形。由图4可知,按本文方法调压,变压器电流波形保持连续、平滑和无冲击的特性。

5 实验研究

实际变压器的铁芯属于软磁材料,磁滞回线狭长,剩磁和矫顽力较小,大部分的励磁支路电感和电阻可以近似为线性元件。在实验中,使用的是特制的单相有载调压变压器,其参数为:额定容量2 kVA,额定变比1∶1,一、二次侧绕组都平均分为10段,引出分接头。额定条件下漏电阻和漏电感分别为0.97 Ω,3.08 mH。负载(20.6+j12.9)Ω。实验电路见附录A,其中R的作用是为防止有载调压使绕组发生短路,其值为1 Ω。如果R投入运行,在计算中可认为一次侧漏电阻增加R。

实验中,晶闸管的导通时刻由按前述理论计算得到,在该时刻发导通触发脉冲,然后对晶闸管在电流过零时刻发维持导通脉冲。如要晶闸管关断,只要停止发送触发脉冲,在电流过零时刻晶闸管将自然关断。在一次晶闸管切换过程中,一次侧电流的波形如图5所示,由图可见电流直接进入了稳态,没有产生冲击。

6 结语

本文在研究以电力电子器件为分接开关的有载调压变压器无冲击调压过程时,考虑了调压绕组的改变引起的变比变化和漏电阻、漏电感大小的变化;对变压器铁芯的铁磁特性用分段线性曲线来描述。经推导获得了变压器分接开关无冲击投切的准确时刻。通过仿真和实验检验说明本方法是有效的。

附录见本刊网络版(http://www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx)。

摘要：提出以电力电子器件为分接开关的有载调压变压器无冲击调压方法。该方法考虑了调压绕组的改变引起的变比变化和漏电阻、漏电感大小的变化。为考虑铁磁特性,变压器铁芯用非线性电阻和电感来等效。由变压器的空载实验数据,得到描述两者非线性特性的分段线性表达式。通过对变压器等值模型的分析,得出无冲击有载调压时刻的求解方法。在这一时刻进行分接开关通断控制,可以使调压过程按系统运行的需要而改变,并保证负载电流连续、平滑、无冲击。阐述了传统的以负载阻抗角确定调压时刻是本方法的特例。通过仿真及实验验证了这一方法能够实现快速、无冲击、可靠调压过程。

变压器有载调压分接开关测试分析 篇6

关键词：有载调压,分接开关,过渡波形,过渡电阻

0 引言

2010年我们共测试有载分接开关33台, 发现缺陷5台, 异常1台, 其中红果子变、红乐变、大南变、沙湖变的1#主变在测试分接开关过渡波形时发现波形有严重缺陷。惠农变5#主变在交接验收时发现其分接开关过渡波形有明显过零点, 通过吊芯检查并没发现问题, 经与电力科技研究院会诊认为在测试过程中可能是由于电感、剩磁及切换过程的弹跳所致。

通过对变压器有载分接开关的认真检测, 避免了主设备的事故, 保证了系统安全运行和可靠供电。

1 有载调压在电力系统中的应用

电力系统在正常运行条件下, 由于运行方式、系统接线或负载变化等原因, 都会引起系统电压的变动。为了保证电压质量, 必须对系统电压进行相应的调整。已广泛采用有载调压变压器进行调压, 原因是有载调压变压器的调压范围大, 而且投资少、效果好。

有载调压变压器在电力系统中的用途:

1) 稳定负载中心电压;

2) 采用有载调压变压器和有载调压自耦变压器联络电力网;

3) 调节负载潮流和挖掘无功出力。

有载调压变压器被用于电压质量要求较严格的地方, 在电压超出规定范围时可自动对电压进行调整, 能在额定容量范围内带负荷调整电压, 调压范围大, 可以减少或避免电压大幅度波动, 减少高峰、低谷电压差。

2 有载调压分接开关简介

有载调压分接开关的基本工作原理, 就是在变压器的绕组中引出若干分接抽头, 通过有载调压分接开关, 在保证不切断负荷电流的情况下, 带负荷调节分接开关, 由一个分接头切换到另一个分接头, 使其处于合适的分接位置来变换绕组的有效匝数, 即改变变压器的电压比。有载分接开关的核心是采用了过渡电路。用这种方式切换, 其装置的材料消耗少, 变压器的体积增加的不多, 电压可以做得很高, 容量亦可做得很大。

有载分接开关在运行中和检修试验时经常会做反复调档, 由于机械磨损、拉弧可能会使分接开关动、静触头及过渡过程出现故障, 因此, 有载调压开关的检测在变压器的试验项目中是非常重要的。

3 有载分接开关的测试

有载调压开关的型式试验项目包括有触头接触压力测量、转动力矩测量等十一类项目, 目前, 在我们的现场试验中, 一般为测试切换过程的过渡波形和过渡电阻值。

分接开关的标准波形可以准确地描述在切换过程中分接开关的过渡过程, 当用直流示波器检测时, 其波形如下所示:

实际波形不同程度的存在抖动。触头的颤动往往只发生在触头闭合瞬间, 所以在图中一般都能检示出来。实践证明, 波形图的每一段中的颤动不超过该段连续直线的一半, 整个波形两端颤动不大于10ms, 就可以保证可靠的断弧, 不过绝对不允许有断流现象。

有载分接开关的切换开关, 承载负荷电流转换的这个中心任务, 因而被视为有载分接开关的心脏。它的可靠性具有决定因素。其过渡过程中时间的长短, 波形的好坏, 是检查的关键。因此对测试波形的判断应把握以下几点:

1) 测试的波形应与理想波形相似;

2) 对应于各切换程序的时间误差应在制造厂提供的误差允许范围内;

3) 不以波形各点幅值的高低作为判断过渡电阻值大小的依据;

4) 要和同型号和上次测试波形进行比较。

对于M型和T型分接开关, 其切换开关总是在单、双之间作往返动作, 所以测一次单到双, 再测一次双到单就可以了。对于V型开关, 由于它是复合式的, 其动触头与每一分接位的静触头的切换都不重复, 上行和下行有区别, 状态也有差异。因此要从1分接位开始连续测完所有分接位, 再反方向测完所有分接位。如下图所示:

M型和V型开关一般采用双电阻, 切换开关的动作完成时间大约50ms, 其中T1大约13ms~25ms, T2小于25ms, T3约2ms~7ms, 切换过程时间误差不大于4ms。测试波形不允许出现过零现象, 如果出现过零点现象, 而且持续时间超过2毫秒以上时, 应该查看此点的过渡电阻, 过渡电阻若超过40Ω, 就很有可能有松动处导致接触不良。

4 异常波形分析

在2010年的常规试验中, 我们共测试有载调压分接开关33台。经比对波形分析发现严重缺陷2台, 异常1台。 (由于所测波形已传真给生产厂家, 故只能表述所测情况。)

5月10日, 在对大南变1#主变分接开关进行波形测试后发现测试波形存在由单到双分接时, C相明显落后于A、B相, 由双到单分接时, C相又超前A、B相, 且三相明显不同期。

慎重起见, 对1#主变开关吊芯后发现其分接开关机构严重老化, 弹簧压力减小, 动静触头烧损严重, 于是更换了分接开关。

6月17日, 同样对沙湖变的1#主变在测试分接开关过渡波形时发现波形有严重缺陷:分接开关的测试波形较乱, 且B相过渡电阻值为15.4Ω, 是其他两相的3倍~4倍, A相波形弹跳明显。

在对分接开关吊芯检查中发现:A相静触头螺丝松动、主触头与主动触头有明显碰撞痕迹, 主触头变形;B相主静触头表面有明显缺陷;C相主触头变形, 经过处理, 波形正常。

惠农变5#主变在交接验收时发现其分接开关过渡波形有明显过零点, 通过吊芯检查并没发现问题, 经与中试所会诊, 认为在测试过程中可能是由于电感、剩磁及切换过程的弹跳所致。

5 结论

通过对变压器有载分接开关的检测, 可以避免主设备的事故, 保证系统安全运行和可靠供电。在有载分接开关的测试中, 碰到异常波形要从各方面查找原因, 应避免由于油膜和触头氧化引起的测试数据误判断, 测试波形应长期保留, 多积累经验, 通过比较作出正确的结论。

参考文献

[1]姚志松, 姚磊.有载分接开关使用手册.北京:中国电力出版社, 2002.

[2]陈化钢.电气设备预防性试验方法.北京:水利电力出版社, 1994, 9.

有载调压变压器 篇7

关键词：电力电子器件,配电变压器,无触点有载调压开关

随着经济水平的提高, 配电网的电能质量也引起了人们重视。在过去, 配电变压器的有载调压使用的是机械式分接开关, 容易出现故障, 所以无法较好解决电网末端电压波动问题。针对这一情况, 基于电力电子器件的无触点有载调压开关得以被提出, 可用于降低配电变压器有载调压故障率。因此, 相关人员还应加强该种开关系统研究, 以便为配电网安全运行提供更多保障。

1 无触点有载调压开关系统的设计需求

在电力系统中, 用于执行开关功能的机械构件与电动机构的结合存在较多问题, 具有响应动作慢和故障率高的特点。在配电变压器调压过程中, 触头有较大可能因电弧作用出现烧蚀等问题, 不仅会导致油体污染, 还会制约变压器功能发挥, 继而导致电力系统供电可靠性降低。使用基于电力电子器件的无触点有载调压开关, 可发挥其可频繁动作、反应迅速和动作时无电弧产生的优点, 能使配电系统电压保持稳定。比如针对10k V配电网, 容量500k VA配电变压器的高压侧额定电流约为29A。这一侧连接有较多有载分接头, 彼此间承受相电压约为289V。以电力电子器件为分接头实现有载调压, 功率开关额定电流及电压则能够满足配电变压器额定运行要求。此外, 通过合理设计系统电路和触发控制流程, 则能够确保负载电流不在分接变换过程中被切断, 同时绕组部位也不会出现短路, 因此能够满足配电网运行需求。

2 无触点有载调压开关系统的设计研究

2.1 设计方案

在一次侧不断电条件下, 利用变压器分接开关改变一次绕组匝数, 从而通过改变变压器变比实现电压调整的过程就被称之为无触点有载调压。围绕这一核心理念, 可以分别从变压器一次侧绕组A、B、C三相引出三组分接头, 并将分接头与电力电子开关模块连接, 然后将其连接在中性点处。在此基础上, 就可以通过控制开关模块开断调整配电侧电压, 从而通过无触点有载调压满足配电网运行需求。而系统使用的分接开关为电力电子开关器件, 需要利用额外支路进行开关切换控制, 并发挥限制环流的作用。

2.2 电路设计

2.2.1 缓冲电路设计

在系统设计过程中, 为确保开关模块安全运行, 需要限制电路中电流和电压的上升率。为此, 需要在开关模块两端进行RC阻容并联, 以完成缓冲电路设计。因为, 电路中总有负载电感或漏感存在, RC则能通过发挥阻尼作用防止R、L、C电路在过渡中因震荡而产生过电压, 所以能避免电容器两端出现开关器件损坏问题。因此, 利用两端电压不能突变特性, 能达成限制电压上升率的目的。此外, 在开关模块换向过程中, 将产生过电压。通过合理进行缓冲电路参数选择, 则能够确保开关模块可靠工作, 从而确保变压器可靠运行。在实际确定缓冲电路的电容和电阻时, 需要根据变压器容量和功率开关型号确定。根据以往经验, 在开关器件额定电流不超过50A, 可选0.2μF电容和40Ω碳膜电阻。

2.2.2 保护电路设计

在实现无触点有载调压时, 作为分接开关的开关模块将得到切换, 并产生环流。通过增加开关支路, 则能限制环流。在设计基于晶闸管的调压开关时, 可以使用光电耦合出发模块实现晶闸管过零触发。但是, 一旦负载为感性, 电路中就会出现电流滞后电压的问题。在电压过零后, 作为分接开关的晶闸管支路将在关断时出现两端电压较高的问题。在到达一定值时, 支路晶闸管可能出现无法触发问题。此时, 变压器一侧回路将被断开, 分接开关则会出现过压击穿问题, 从而导致变压器的可靠性受到影响。考虑到设计成本问题, 可以使用双向晶闸管作为支路开关完成限流电路设计, 以利用中间继电器和触发电阻完成触发动作, 以免触发模块出现无法被触发问题。

2.2.3 分接模块设计

随着电力电子技术的发展, 绝缘栅双击晶体管、门极可关断晶闸管和双极结型晶体管等电力电子器件都拥有了较为成熟的技术, 可实现电路开断。而绝缘栅双极晶体管是常用电压驱动全控器件, 具有耐冲击电流、反向阻断电压低、开关损耗小等优点。在设计双向功率开关模块时, 可使用该类型晶体管为核心电力电子器件, 并配合使用二极管实现交流电路开断控制。在晶体管导通时, 开关模块将会闭合, 电流则能通过。在晶体管关断时, 开关模块则会断开, 电流则无法通过。在具体选择器件时, 需留有一定裕度。针对10k V配电变压器, 开关模块承受电压为分接绕组间最大电压, 约为577V。在实际选择器件时, 应选择耐压值在1154-1732V之间的器件, 既耐压值为最大电压值的2到3倍, 以确保设备运行可靠性。而额定电流则为配电变压器一次侧额定电流的6到8倍, 具体可选择可承受600A峰值电流的开关器件。在调压的过程中, 还要遵循固定调压流程进行调压, 才能确保设备的安全运行。

3 结论

通过分析配电变压器无触点有载调压开关设计需求, 本文对基于电力电子器件的无触点有载调压开关系统设计问题展开了研究, 具体对系统缓冲电路、保护电路和开关模块的设计问题展开了探讨。而本文提出的设计方案可实现配电变压器高压侧线路的控制, 可以使配电网的耐压问题得到解决, 因此能够确保配电网的安全运行。

参考文献

[1]胡群荣.大功率电力电子开关用于配电变压器无弧有载调压方案[J].电子世界, 2013 (24) :46.

[2]赵玉林, 牛泽晗, 李海凤等.具有保护功能的配电变压器无触点有载自动调压分接开关[J].电力自动化设备, 2016 (09) :169-175.

有载调压变压器 篇8

关键词：变压器,并列运行,环流

1 问题提出

在安全运行的基础上,减小损耗、提高功率因数是电网企业追求的目标。目前,福建电网对于功率因数的要求是:08:00～23:00不得低于0.95,23:01～07:59不得高于0.97。

福建省漳州电业局所属220kV角美变为分期建设的变电站,由于种种原因,2台有载调压变压器的阻抗、变比等参数不相同,具体参数见表1。

该站正常运行方式是2台主变高、中压侧并列运行,低压侧仅各带1台站用变分裂运行。工程设计的2台主变并列运行的档位匹配为7～4、6～3、5～2……依次匹配,详见表2。从运行实际看,2台主变的有功负荷分配基本平衡,而无功负荷分配不平衡,高压侧的功率因数也因此相差甚远,表3为正常负荷期间的测量数据。显然在要求尽可能高功率因数减少损耗的运行情况下,2台主变的档位匹配不合理。

2 理论分析

变压器低压侧负荷很小,忽略不计,可看作双绕组变压器,并将中压侧折算到高压侧。由其简化等值电路(如图1所示)可以得出:

即2台主变的负荷分配为:

式中,Zk1=Rk1+jXk1,Zk=Rk2+jXk2,为2台主变阻抗;UE1、UE2为折算到高压侧的电压;I1、I2为各自负荷电流,I为总负荷电流;S1、S2为各自所带负荷,S为总负荷;Uk1%、Uk2%为短路电压百分比。

由于Uk1%≠Uk2%(即Zk1≠Zk2),则I1≠I2,S1≠S2。

由于变比不等,即UE1≠UE2,则在2台主变与母线形成的闭合回路中产生的环流为UE1与UE2之差。

对大型变压器而言,Rk<

即:

其大小主要决定于ΔU,且主要影响2台变压器的无功分配。

假设I'1、I'2为理想无环流下2台主变的负荷电流,则:

即有:

显然,2台主变的无功功率相差至少2 Qg,功率因数自然也就相差较大。

3 计算分析

根据实际运行情况,角美变2台主变仅运行在有限的几个档位:#1主变4～8档,#2主变1～5档,且绝大多数时期运行在7～4、6～3档,故选择这两个档位计算分析。

忽略励磁电流的影响,假设中压侧母线为主变中压侧额定电压121kV,则折算到高压侧为2台主变各自档位所对应的额定电压UE1和UE2,有:

根据图1及式(2),当2台主变7～4匹配档位时,ΔU=UE1(7)-UE2(4)=1975V,Ig=16.612A,Ig的方向与I1功分量方向相反,与I2无功分量方向相同;当2台主变6～3匹配档位时,ΔU=UE1(6)-UE2(3)=2 125V,Ig17.873A,Ig的方向与I1无功分量方向相反,与I2分量方向相同。

档位重新匹配前主变并列运行时的向量如图2所示((θ1<θ2由角美变运行中的同步向量测量系统PMU得出)。

从图2中可看出,由于较大环流Ig在,使得I1无功分量减小,θ1,功率因数变大;而I2功分量增大,即θ2增大,功率因数变小,导致功率因数的差值变大。

4 问题解决

4.1 平衡2台主变的无功分配,提高功率因素

从上述分析可知,环流是并列运行的2台主变无功分配不平衡、功率因数无法提高到相同水平的原因,所以并列运行时应该尽可能减小环流。从式(1)可知,在某种程度上ΔU决定了环流Ig大小。因此重新匹配档位为7～3、6～2……依次类推。计算结果如下:

(1)当2台主变7～3匹配档位时,ΔU=UE1(7)-UE2(3)=-775V,I'g=-6.519A,I'g的方向与I1无功分量方向相反,与I2功分量方向相同。

(2)当2台主变6～2匹配档位时,ΔU=UE1(6)-UE2(2)=-625V,I'g=5.257A,I'g的方向与I1无功分量方向相反,与I2无功分量方向相同。

档位重新匹配后主变并列运行时的向量如图3所示。显然,档位重新匹配后的环流I'g

从表3的运行数据也可以看出2台主变以6～2档位匹配所产生的无功差小于6～3档位匹配的无功差,即6～2档位匹配时产生较小的环流,有利于将2台主变的功率因数提高到相同水平。

4.2 重负荷时,采用中压侧转分裂运行

上述分析都是建立在忽略Zk=Rk+jXk中Rk的基础上,实际上Rk存在,且影响的向量角,即图2、图3中的夹角不等于90°,但趋于90°,也就是说的有功分量远小于无功分量,但还是多少影响着有功的分配。从表3的运行数据可看出,对于变比趋于相等的并列运行变压器来说,其负荷分配也是遵循式(1)的原则,所以角美变的2台主变在负荷分配上S1>S2是正常的。根据式(1)计算,#2主变满载(S2=120MVA)时,#1主变过负荷(S1≈1.038 5 S额),为避免#1主变过负荷,角美变重负荷(S>220MVA)中,采用中压侧转分裂运行。

5 结束语

对角美变的2台主变重新匹配档位后,减小了主变间的循环无功功率,减少了电网损耗,缩小了2台主变的功率因数差距,对功率因数的同步调整起了关键作用。

因此,在变电站扩建时,要求扩建的主变应尽可能与前期的主变同厂家、等参数。为尽可能满足变压器并列运行的理想条件,在电压比和短路电压百分比不完全相同的情况下,投产后应结合运行实际情况具体分析,减少网损。

参考文献

[1]国家经济贸易委员会电力司.电力技术标准汇编电气部分第4册变压器(含电抗器、互感器)[M].北京:中国电力出版社,2002

[2]杨玉荣,孙庆本.电机学[M].长春:吉林大学出版社, 1995

[3]J.DuncanGlover,Mulukutal.S.Sarma.电力系统分析与设计[M].北京:机械工业出版社,2004

[4]王亚忠,单晓红.多台同容量双绕组变压器经济运行分析[J].电力系统保护与控制,2009,37(4):93,94

有载调压变压器 篇9

在供电系统电能传输过程中, 电压在用户侧负荷处产生电压降, 电压降随着用户侧负荷的变化而变化。并且供电系统变压器本身存在阻抗, 也影响着电压降的波动。系统电压的波动加上用户侧负荷的变化将引起电压较大的变动, 从而造成供电系统的不稳定供电。在变压器中安装有载调压开关, 在不停电的状态下, 通过分接开关改变变压器绕组的匝数进行电压的调整, 使变压器的输出电压处于规定的波动范围内。在实现无功功率就地平衡的前提下, 当电压变动超过规定值时, 有载调压开关在一定的延时后动作, 按照在一系列设定的动作顺序进行电压的调压, 保持电压的平稳, 并保证了电网系统的供电稳定性。

从20世纪八十年代初开始, 有载调压开关的使用数量逐年增加, 在电网运行中发挥着重要的作用。有载调压开关是变压器中唯一在高电压、大电流下动作的设备, 更容易产生绝缘劣化和机械故障。随着电网对供电质量要求的提高, 有载调压开关被广泛应用于变压器的电压调整, 有载调压开关在变压器事故中的占有率也逐年增加。有载调压开关的性能直接影响到变压器是否能稳定运行, 其故障将影响电力设备和系统的安全可靠性, 可造成供电中断等供电事故。因此, 针对目前有载调压开关的使用情况和故障趋势, 研究有载调压开关运行状态的诊断分析方法势在必行。了解有载调压开关的健康状况, 及时解决设备故障, 对保障电网系统的供电可靠性和安全性具有重要的意义。

2 有载调压开关状态检测

2.1 有载调压开关常见故障类型

据统计, 有载调压开关的故障主要包括两方面:一是调压开关驱动机构故障, 主要包括电动机构连动、箱体进水、齿轮盒渗漏油、弹簧储能不足等。二是开关本体故障, 主要包括油室渗漏油、紧固件松动、触头运动卡滞、触头磨损导致接触不良等。如下列举并分析了有载调压开关的常见故障类型。

2.1.1 开关驱动机构故障

(1) 电机故障。当操作电源失电或者电机回路出现问题时, 将引起开关电动机构故障, 导致升降触头不能动作。 (2) 弹簧储能机构弹性变弱。弹簧长期变形运作, 加上电流的热效应作用, 使弹簧的弹性变弱, 引起传动机构传动不到位。

2.1.2 开关本体故障

(1) 触头发热磨损。有载调压开关带负载电流实现调压。在调压过程中, 档位更换, 使触头产生机械磨损、电腐蚀等问题。触头接触电阻增大, 发热量增大, 加速了触头表面的腐蚀和机械变形, 从而导致开关损坏。 (2) 切换开关拒动或切换不到位。切换开关因动力不足或受阻导致切换不到位, 长期停留在中间位置, 可导致过渡电阻持续发热, 引起变压器跳闸, 导致供电中断。 (3) 油室渗漏油。有载分接开关的油室是独立的油箱。运行中, 有载分接开关的油室中的油是不允许进入变压器本体的。切换开关运行时产生电弧, 使油室中的油质变差, 这种油不能进入变压器本体。 (4) 油质劣化。有载调压开关操作过程中产生的电弧引起油质劣化, 开关的绝缘水平下降。变压器油具有绝缘、灭弧、冷却、润滑、防腐蚀等作用。油质的变差会产生游离碳、氢、乙炔等气体及油垢。大部分气体一般会从绝缘油中排出, 但游离碳微粒和油垢却会有一部分混在绝缘油中, 另外一部分则堆积在开关的绝缘件表面, 使开关绝缘水平下降。

2.2 有载调压开关传统检测方法

针对有载调压开关的故障形式, 目前传统的对有载调压开关运行状态的检测采用的是停电检修的方式, 根据一定的试验周期, 对有载调压开关进行大规模的部件检查, 清洗和更换。试验检修时, 须吊出有载调压开关内芯, 进行绝缘油更换、内部部件清洗、垫圈更换等操作。

有载调压开关传统检测方法具有一定的局限性: (1) 采用停电检修的方式, 将导致供电中断, 影响用户供电, 降低电网供电的可靠性, 并造成一定的经济损失。 (2) 根据一定的试验周期对有载调压开关进行检测。试验周期间隔阶段, 有载调压开关的故障不易被发现, 引起供电事故的可能性大。 (3) 试验检查的工作量大, 耗费较多的人力、物力和时间进行设备检修, 成本高, 投入量大。 (4) 传统检测方法对有载调压开关工作顺序发生变化的故障无法检测, 如切换开关等部件的动作顺序和时间配合是否正确, 以及切换过程中是否存在卡塞和触头切换不到位等。

2.3 有载调压开关状态检测

有载调压开关传统检测方法具有较多的局限性, 为解决传统检测方法的不足, 状态检修的方式出现并逐步发展。状态检修的定义是:在设备状态评价 (状态监测、寿命预测和可靠性评价) 的基础上, 根据设备状态和分析诊断结果, 安排检修项目和时间, 并主动实施检修。

试验结果表明, 采用简单有效的状态检修方法检测有载调压开关的运行状态, 能够了解设备的故障发展趋势, 并在设备失效前, 及时发现和确认故障。因此, 状态检修的方式延长了设备的使用周期, 并使定期试验检修的安排更为合理科学, 防止了严重事故的产生, 从而提高了电网供电的安全和可靠性, 具有重大的安全和经济效益。

根据统计结果, 有载调压开关的故障形式绝大多数为机械故障。有载调压开关动作过程中包含丰富的机械信息, 对有载调压开关的机械性能进行检测, 是一种行之有效的方法。通过对有载调压开关机械性能信息的搜集和积累, 及时发现触头磨损、弹簧储能变弱、切换不到位、切换顺序异常等故障和发展趋势, 再有目的地进行有载调压开关的检修。

3 有载调压开关故障诊断系统

基于状态检修的理念, 本文研究了有载调压开关故障诊断系统。该系统可对有载调压开关进行在线或离线检测。有载调压开关动作前, 驱动电机驱动设备启动并带动分接开关传动, 动作过程中产生特定的振动信号。研究表明, 有载调压开关故障诊断系统对振动声学信号和驱动电机电流信号进行分析, 能全面地把握有载调压开关的机械性能状态。

3.1 开关振动信号的收集

有载调压开关动作时, 动静触头的撞击产生一系列振动信号, 振动信号传至变压器的外壁。采用压电式的加速度传感器, 附着在变压器的外壁上, 可收集开关动作时的机械波信号。压电式传感器是一种机电换能器, 所用的压电材料 (如锆钛酸铅PZT、天然石英、人工极化陶瓷等) 在受到一定的机械荷载时, 会在压电材料的极化面上产生电荷, 其电荷量与所受的载荷成正比。当压电晶体片受力时, 晶体的两表面上聚集等量的正、负电荷, 由于晶体片的绝缘电阻很高, 压电晶体片相当于一只平行板电容器。当压电晶体确定后, 晶体上产生的电压量与作用在晶体上的力成正比。

测量时, 将压电式加速度传感器基座与变压器表面固定在一起 (安装基面粗糙度不超过0.4mm) 。当加速度传感器受振动时, 由于压电片具有的压电效应, 它的2个表面上就会产生交变电荷 (电压) 。电压信号反映了有载调压开关动作时的振动信号。

3.2 驱动电机电流信号的收集

有载调压开关动作过程中, 若储能弹簧性能发生改变或移动部件机构存在卡塞等现象, 必然伴随着电机驱动力矩的变化, 使驱动电机的转速发生变化, 从而使驱动电机电流发生变化。电机电流信号反映了有载调压开关储能机构和移动部件的机械性能。

电机电流信号通过电流传感器采集获得。根据电磁感应原理, 导线穿过电流传感器时, 产生磁力线, 原边磁力线集中在磁芯周围, 内置在磁芯气隙中的霍尔电极可产生和原边磁力线成正比的大小仅几毫伏的电压, 电子电路可按互感器工作原理把这个微小的信号放大, 以便于观察电流信号随时间的变化趋势。

3.3 波形提取技术

利用Mathworks Matlab软件, 发展出波形提取技术。加速度传感器及电流传感器收集信号至系统, 在PC机中可看到信号的原始波形。原始波形数据繁多, 不利于信号的分析判断。通过软件进行波形处理, 提取有效数据, 形成容易比对的信号波形。离散子波变换技术将信号分解成许多组频带信号。每组信号被看是成子波。去噪波形经过波形包络提取, 形成信号包络, 便于波形信号的判断和分析。经过波形提取技术处理后, 原始信号波形形成机械振动信号包络和驱动电机电流信号包络。

3.4 有载调压开关故障诊断系统的组成

有载调压开关故障诊断系统基于振动信号、电流信号采集技术和波形处理技术, 快速有效地检测和分析有载调压开关的运行状态。该系统由信号采集单元、信号放大单元、信号变换单元和信号处理单元组成。信号采集单元由加速度传感器、电流传感器组成, 收集有载调压开关换档时产生的机械振动信号和驱动电机电流信号。信号放大单元放大由传感器收集的微小信号。信号变换单元将信号转换成数字信号, 以便在PC机上看到电流传感器和加速度传感器收集的信号波形。信号处理单元将信号进行滤波, 波形提取等, 形成信号包络;利用安装在PC机上的有载调压开关故障诊断系统处理软件, 可以对包络波形进行放大、叠加等操作分析。

4 有载调压开关波形信号的分析和判断

传感器采集的信号经过有载调压开关故障诊断系统专家分析软件的处理, 得出振动信号及电机电流信号的包络波形。将不同测试结果的包络波形进行整理归类, 形成有载调压开关故障诊断卡。有载调压开关故障诊断卡类似于收集了有载调压开关不同运行状态的振动声学指纹。通过比对故障诊断卡, 可方便准确地判断出有载调压开关的运行状态。

有载调压开关有多种故障形式, 因此诊断卡中含有不同故障形式的图谱。通过有载调压开关故障振动系统对振动信号和电流信号包络进行分析, 配合诊断卡, 可方便准确地判断有载调压开关的运行状态。对同一类型的有载调压开关进行检测后, 搜集设备正常运行状态的图谱, 形成设备的测试图谱库, 及时发现有载调压开关的异常情况。

5 总结