變壓器是�(fā)電廠和變電站的重要設(shè)備,對于電力供電�(zhì)�、電力系�(tǒng)�(yùn)行穩(wěn)定性有著重要的影響,超高壓變壓器造價(jià)高、運(yùn)行責(zé)任重�,因而強(qiáng)化對其故障處理的研究極其重要�
超高壓變壓器的設(shè)�(jì)與制�,依賴于完善的技�(shù)體系作為變壓器可靠性與�(jīng)�(jì)性的保彰。否�,變壓器的設(shè)�(jì)與制造過�,若無規(guī)可循、無�(jù)可依,而過度依賴�(gè)別人員的�(shè)�(jì)與制造經(jīng)�(yàn),則將直接導(dǎo)致大型變壓器的設(shè)�(jì)�(zhì)量與制造質(zhì)量存在各種隱患,變壓器的可靠性與�(jīng)�(jì)性無從談�,可能造成企業(yè)巨大�(jīng)�(jì)損失并嚴(yán)重削弱市場競爭力。符合當(dāng)代西方超高壓變壓器設(shè)�(jì)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)�(jì)手冊,電壓等�(jí)涵蓋35kV~220�500)kV、容�420000kVA及以下,包括但不限于�
?�?)電磁計(jì)算手�;本手冊指導(dǎo)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(jì)�,包括空載損�、負(fù)載損耗、阻�、溫升等主要參數(shù)�
?�?)線圈設(shè)�(jì)手冊;本手冊指導(dǎo)電壓等級(jí)220kV及以下的所有典型線圈結(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)�
?�?)絕緣設(shè)�(jì)手冊;本手冊指導(dǎo)電壓等級(jí)220kV及以下的所有典型器身絕緣的�(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)�
?�?)鐵芯設(shè)�(jì)手冊;本手冊指導(dǎo)典型鐵芯(單相或三相、三柱或五柱)及夾件的結(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)�
?�?)引線設(shè)�(jì)手冊;本手冊指導(dǎo)電壓等級(jí)220kV及以下的所有典型引線絕緣的�(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)�
?�?)油箱設(shè)�(jì)手冊;本手冊指導(dǎo)所有典型油箱及升高座等外部鋼結(jié)�(gòu)件的�(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)�
�7)外裝設(shè)�(jì)手冊;本手冊指導(dǎo)所有外部裝配的�(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)�
�、變壓器�(shè)�(jì)系列軟件,包括但不限于:
?�?)《大型油浸式變壓器優(yōu)化設(shè)�(jì)軟件�;在�(shè)定技�(shù)參數(shù)要求值、現(xiàn)行主材價(jià)格的前提�,根�(jù)�(shù)�(jù)庫中的鐵芯及�(dǎo)線數(shù)�(jù),快速計(jì)算輸出滿足性能要求的成本化的基本設(shè)�(jì)方案,必須涵蓋電壓等�(jí)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�(jì)算軟件�;模擬變壓器在雷電全波沖�、截波沖擊電壓作用下線圈各點(diǎn)的對地電位分布及線圈段間電位分布,以此作為電氣設(shè)�(jì)�(shí)校驗(yàn)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(jì)算依�(jù)�
�3)《負(fù)載損耗計(jì)算軟件�;準(zhǔn)確地�(jì)算出大型變壓器的�(fù)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(jì)算出線圈的每一�(gè)線餅的軸向渦流百�?jǐn)?shù)和橫向渦流百�?jǐn)?shù),從而達(dá)到較為準(zhǔn)確地�(jì)算大型變壓器�(fù)載損耗的目的�
?�?)《阻抗計(jì)算軟件》;�(zhǔn)確地�(jì)算出大型變壓器的阻抗電壓;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�,計(jì)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(jī)械力�(jì)算軟件�;根�(jù)變壓器線圈的安匝分布,計(jì)算出在系�(tǒng)容量無窮大的最�(yán)格情況下的各線圈所有線段受力狀�,包括軸向機(jī)械力、輻向機(jī)械力、內(nèi)線圈向內(nèi)彎曲�(yīng)�、外線圈向外拉伸�(yīng)�、墊塊壓縮應(yīng)力、端部導(dǎo)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)�
?�?)《漏磁通計(jì)算軟件�;根�(jù)變壓器線圈的安匝分布,計(jì)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(diǎn)的漏磁通量,由此求出夾件、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�(shí)降低變壓器的雜散損��
?�?)《鐵心截面分割計(jì)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(lì)磁情形下的鐵心內(nèi)部容許溫升和表面容許溫升�,計(jì)算出滿足溫升條件的合理的鐵心截面分割;尤其在�(jì)算鐵芯設(shè)�(jì)手冊指定形狀和直徑以外的非標(biāo)�(zhǔn)鐵芯直徑尺寸和形狀�(shí)相當(dāng)必要�
?�?)《循�(huán)油流�(jì)算軟件》,分別�(jì)算出自然油循�(huán)下及�(qiáng)迫油循環(huán)下各線圈的油流量分配、水平油道流速、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�(jì)算結(jié)�,調(diào)整冷卻器�(shù)�、導(dǎo)向擋油板�(shù)量、導(dǎo)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;另外,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�(gè)方法�(jīng)過Infolytica軟件研發(fā)人員的不斷完善和增強(qiáng),可以精確和快速地�2D�3D電磁模型�(jìn)行建模和�(jì)�,并通過完善的后處理,方便的提供給設(shè)�(jì)者所需要的�(shù)�(jù)和圖�。MagNet�(qiáng)大的參數(shù)化功能和腳本語言,使MagNet成為工程師對�(shè)�(jì)模型建模和優(yōu)化的工具。結(jié)合ElecNet、ThermNet系列軟件,對變壓器的�(fù)雜電場、磁�、溫度場�(jìn)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)�(jì)參數(shù)的變化帶來的樣機(jī)制作與試�(yàn)過程,大大減少了�(chǎn)品的研發(fā)周期,降低研�(fā)成本�
�、變壓器制造作�(yè)指導(dǎo)書(工作�(guī)范書�
“作�(yè)指導(dǎo)書”,相當(dāng)于國�(nèi)變壓器企�(yè)慣有的“技�(shù)條件”的升級(jí)�,它比技�(shù)條件更加詳盡、指�(dǎo)性強(qiáng);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)量;在吸收行�(yè)新技�(shù)、新材料、新�(shè)�、新工藝等先�(jìn)�(shí)用成果的基礎(chǔ)�,結(jié)合技�(shù)�(fā)展與�(shí)踐經(jīng)�(yàn)�(jìn)行編�,可詳盡指導(dǎo)制造現(xiàn)場的每一步操�。它可使新手盡快掌握各�(gè)工序步驟的標(biāo)�(zhǔn)作業(yè)�(xì)節(jié)。在日本東芝技�(shù)體系�,“作�(yè)指導(dǎo)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、材料、制作簡要過�、質(zhì)量標(biāo)�(zhǔn),而“作�(yè)指導(dǎo)書”則詳細(xì)描述適用對象、配套工裝設(shè)�、材�、工藝準(zhǔn)�、分步驟的操作過�、檢�(yàn)方法及注意事�(xiàng),它是根�(jù)工作�(guī)范書的要求具體指�(dǎo)操作過程,相�(dāng)于手把手地演示零部件制作過程或工藝流��
�、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(hào)的圖樣繪�,以便在�(shè)�(jì)中引�;因?yàn)榧幢愦笮妥儔浩饕?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�、角�(huán)、連接管等�,至少是形狀相同,所不同者僅為�(gè)別參�(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)�(jì)差錯(cuò)和制造差�(cuò),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(jí)和技�(shù)更新持續(xù)�(bǔ)��
�、工序質(zhì)量管理WSS體系
WSS體系:指把從原材�,零部件�(jìn)貨后的入廠檢�(yàn)到產(chǎn)品完成的整�(gè)過程分成�(xì)致的作業(yè)工序(工作站:WS�,在每�(gè)工作站設(shè)定了所需的檢查,并加以實(shí)�,只有通過檢查合格的產(chǎn)品才能移交下一�(gè)工作�,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)�(jì)圖樣要求的質(zhì)量,把變壓器制作全過程劃分為適當(dāng)?shù)墓ば?,確定工序作�(yè)�(nèi)容、作�(yè)方法、判斷標(biāo)�(zhǔn)、質(zhì)量控制記�,明確各工序的檢�(yàn)�(xiàng)�、自�、互�、專檢點(diǎn)�(shè)立,上下工序間相互傳遞有�(jù)可查,具有可追溯�。分別編制油箱制作、鐵心制�、線圈制�、線圈整體絕緣裝配、變壓器器身裝配、變壓器總裝配WSS體系��
六、試�(yàn)指導(dǎo)書及檢驗(yàn)
試驗(yàn)指導(dǎo)�,指包括檢驗(yàn)試驗(yàn)的內(nèi)�、順�、注意事�(xiàng)、結(jié)果的判定方法、判定標(biāo)�(zhǔn)在內(nèi)的操作程�?qū)懗傻闹笇?dǎo)�;指�(dǎo)變壓器的出廠試驗(yàn)、型式試�(yàn)及特殊試�(yàn)的作�(yè)�(guī)�;檢�(yàn)表,指對每�(gè)工序能明確表示出“誰�(yīng)該檢�(yàn)什�?�,能記入檢驗(yàn)�(jié)果并蓋章,并能簡單地判定�(yōu)劣的檢驗(yàn)表。檢�(yàn)表用于對油浸式變壓器全部制造流程的所有工序控制點(diǎn)�(jìn)行記錄及檢驗(yàn)�
�、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)、使用條件、外形及安裝尺寸、外觀要求及驗(yàn)收標(biāo)�(zhǔn))。本�(guī)范作為采購部門訂購及驗(yàn)收材�、組部件的技�(shù)依據(jù)�
變壓器是電力系統(tǒng)的心臟,做好變壓器的維護(hù)、檢修對于保障電力系�(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定及其重�。如今我國電力系�(tǒng)正在朝著超高壓、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�、大容量的方向發(fā)�。然而變壓器的等�(jí)越高,發(fā)生故障的幾率就越�,變壓器�(yùn)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�(hù)修復(fù)以及日常管理對于促�(jìn)電力系統(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�(fù)�,要對變壓器故障�(jìn)行準(zhǔn)確診斷就要首先認(rèn)�(shí)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因,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)�(jì),絕緣老化是造成變壓器故障第二位的原�,絕緣老化�(huì)大大縮短變壓器的使用壽命,并向造成變壓器故�,資料顯示絕緣老化�(huì)將使用壽命在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(fù)荷運(yùn)行時(shí)間的增長,絕緣溫度會(huì)逐漸升高,這加速了絕緣部件的老化,絕緣部分老化、強(qiáng)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�(dāng)
保護(hù)�(shè)備選擇不�(dāng)以及安全操作不規(guī)范都�(huì)造成變壓器故障隱�,一般來說因避雷�(shè)備選擇不�(dāng)、保�(hù)繼電器及斷路器安裝不�(dāng)而造成的變壓器故障較為常見�
5、維�(hù)不當(dāng)
日常維護(hù)不當(dāng)造成的超高變壓器故障并不在少�(shù),例如維�(hù)不當(dāng)造成變壓器受�;潛油泵檢修不及�(shí)造成銅末混入變壓器,在負(fù)壓區(qū)吸入空氣;接線錯(cuò)誤;連接處松�(dòng)、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�(yán)重,危害較大。例如線端松�(dòng)、墊塊松�(dòng)、焊接不�、抗短路�(qiáng)度過低等,一般都是因�(shè)�(jì)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�(yùn)行情況穩(wěn)�。某日對該主變壓器�(jìn)行例行油色譜分析,發(fā)�(xiàn)該主變壓器本體絕緣油中乙炔含量為2.3μl/l,于是在�(dāng)天下午和晚上兩次分別取樣化驗(yàn)確認(rèn)該相變壓器本體油的乙炔增長過快并表明在該變壓器內(nèi)部存有放電現(xiàn)�,遂于次日凌晨左右將主變壓器停運(yùn)�
2、現(xiàn)場處�
為了確定變壓器故障性質(zhì)及放電部位�(jìn)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�(yàn)電壓的升高和試驗(yàn)�(shí)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(yàn)�(jìn)行逐漸降低�
2)局部放電圖譜測�。通過對所得波形圖譜�(jìn)行分�,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�(yàn),傳感器在電壓較高是采集到�(gè)別微弱且極不�(wěn)定的超聲波信�(hào),這再次證明放電部位應(yīng)位于繞組�(nèi)��
4)油色譜試驗(yàn)。局部放電試�(yàn)后乙炔體積分?jǐn)?shù)上升�231.44×10-6表明該變壓器在局部放電試�(yàn)過程中其�(nèi)部存在較�(qiáng)烈的電弧放電�
3、故障原因分�
根據(jù)�(xiàn)場分�,認(rèn)為造成放電故障的原因有以下幾點(diǎn)�
1)絕緣紙�。絕緣紙板的加工有一定的分散性,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�(hù)不徹�。設(shè)備受潮,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(fù)
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�(jìn)行了更換,對低壓線圈和調(diào)壓線圈的擊穿�(diǎn)�(jìn)行了修補(bǔ),從而提升了該處的絕緣強(qiáng)�,避免放電引起擊穿,同時(shí),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�(shí)增大�(zhuǎn)角的曲率半徑并包扎絕�,以此措施降低場�(qiáng)�
3)按�330kV變壓器的工藝要求對變壓器的機(jī)身�(jìn)行了徹底的真空浸油和沒有起相干燥處理,該工藝�(zhí)行過程中�(yán)格按�(guī)定操�,從而有效控制絕緣件的含水量,此外恢�(fù)使用前還要�(jìn)行局部放電試�(yàn),合格后方可充電�(yùn)行。除此之�,為了避免放電故障的在再�(fā)�,應(yīng)�(qiáng)化變壓器的日常維�(hù)管理工作,經(jīng)常�(jìn)行油色譜試驗(yàn),及�(shí)�(fā)�(xiàn)故障并掌握其具體情況,發(fā)�(xiàn)故障�(shí)綜合�(yùn)用多種技�(shù)手段判斷故障位置和情況并及時(shí)采取修復(fù)措施�
綜上所述,超高壓變壓器的故障成因較為復(fù)�,應(yīng)在現(xiàn)場處理過程中�(yùn)用多種技�(shù)手段�(jìn)行故障判�,并詳細(xì)分析故障成因,而值得注意的是,超高變壓器造價(jià)昂貴、維修難度較�,為了避免故障應(yīng)做好日常維護(hù)和管�,降低故障發(fā)生的幾率�