【礦用雜散電流測定儀】干式站用變壓器存在的問題及設(shè)計選型安裝建議
2025-02-18
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摘要：介紹了干式變壓器在平頂山地區(qū)的使用情況和運行狀況，提出了在設(shè)計選型及設(shè)備安裝方面的改進(jìn)建議。
1 引言
隨著電力技術(shù)的發(fā)展和科技進(jìn)步， 人們對電力變壓器運行的安全、防火、無污染、少維護(hù)和使用壽命等要求越來越高。由于干式變壓器采用阻燃型絕緣材料，不存在液體泄漏和污染環(huán)境的問題，且干式變壓器結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)和檢修較油浸變壓器方便，同時因其具有體積小、重量輕、占用空間少、安裝方便、低損耗及使用壽命長等特點， 因而得到了越來越廣泛的應(yīng)用。干式變壓器在平頂山地區(qū)的推廣應(yīng)用起步較晚， 但干式變壓器作為站用變， 自2000 年以來在110kV 及以上變電站得到了廣泛應(yīng)用。平頂山供電公司現(xiàn)有35kV 及以上變電站53 座，其中有21 座變電站的29 臺站用變采用了干式變壓器，干式變的型號主要是SC（B），容量達(dá)9 000 kVA。近兩年來，新建變電站的站用變一般采用干式變壓器。
2 干式站用變壓器運行現(xiàn)狀及存在的問題
平頂山供電公司現(xiàn)有干式變壓器38 臺，有的放置在室內(nèi)自帶防護(hù)外殼，也有的直接布置在柜體內(nèi)，運行條件各異，但總的來說現(xiàn)場實際運行情況良好，故障率較低，但是也發(fā)生了一些故障和異常。
2.1 溫升對干式變壓器的運行壽命的影響
樹脂干式變壓器繞組主要由導(dǎo)體（銅導(dǎo)線、銅箔等）、基體（環(huán)氧體系）和增強材料構(gòu)成，經(jīng)熱固化成型。溫度能夠改變各構(gòu)成間的界面物理特征，降低物理強度。如果繞組匝間出現(xiàn)微觀裂痕，則會增加變壓器的局部放電量， 局部放電量的大小決定變壓器的壽命長短。一般干式變壓器的絕緣等級為F 級，其理論上的耐受溫度極限為155℃。超過這一極限繞組的物理強度會發(fā)生本質(zhì)的轉(zhuǎn)折，也視為壽命終結(jié)。在實際應(yīng)用中，由于結(jié)構(gòu)、工藝等差異的影響，實際標(biāo)準(zhǔn)要低于理論上的155℃標(biāo)準(zhǔn)， 一般以110℃為安全極限。
2.2 中置式開關(guān)柜的散熱問題
從以往干式變壓器的事故分析可以看出， 主要是由于開關(guān)柜內(nèi)通風(fēng)不暢、散熱效果不好、環(huán)境溫度過高造成的。對平頂山供電公司匯源變電站兩臺干式變壓器運行狀況進(jìn)行監(jiān)測，匯1號、2 號站用變分別安裝在35kV 和10kV 的開關(guān)柜內(nèi)，沒有裝設(shè)溫控器和散熱通風(fēng)裝置，站用變間隔后柜箱體溫度，夏季達(dá)到40℃～50℃，里面的熱氣散不出來。通過查看使用說明書和《干式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》，發(fā)現(xiàn)干式變壓器必須保證良好的自然通風(fēng)， 干式變壓器按標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)配置溫度控制箱。運行中的變壓器發(fā)生異常聲響或超溫報警，應(yīng)予重視并采取相應(yīng)的措施。而匯源變兩臺站用變壓器不具備這些條件， 如果負(fù)載比較大， 中置式開關(guān)柜采用全封閉型結(jié)構(gòu)， 對散熱很不利，一旦變壓器因高溫使絕緣老化擊穿，可能引起開關(guān)柜故障。
2.3 柜體間距小帶來的弊病
將干式變壓器布置于開關(guān)柜中， 可以減少占用面積，為了減小柜體尺寸，廠家通常采用復(fù)合絕緣材料等措施減小間距。然而，由于高壓開關(guān)柜內(nèi)電場強度復(fù)雜，一定氣候條件會產(chǎn)生結(jié)露，發(fā)生閃絡(luò)后果嚴(yán)重！3kV～110kV 高壓配電裝置設(shè)計規(guī)范》對屋內(nèi)配電裝置的安全凈距按照電壓等級有明確的規(guī)定。近年來，電網(wǎng)建設(shè)速度加快，開關(guān)柜不斷增多，減小間距所帶來的弊病也日益凸現(xiàn)。
2.4 兩臺變比不同的變壓器不能并聯(lián)運行的問題
將一臺站用變設(shè)于10kV I 段母線，另一臺站用變設(shè)于35kV I 段母線（或35kV I 段母線某一小電源線路）。由于有電勢差的存在，在兩臺變壓器的二次繞組間便有環(huán)流產(chǎn)生，它不是負(fù)載電流，但卻要占據(jù)變壓器的容量，增加了變壓器的損耗，使變壓器的效率降低。當(dāng)變比不相等時，由于環(huán)流的出現(xiàn)，不能使所有并聯(lián)的變壓器同時帶上額定負(fù)載， 使得并聯(lián)運行的變壓器容量得不到充分利用。所以分別設(shè)于35kV 母線和10kV 母線的兩臺變壓器由于變比不同，站用電低壓系統(tǒng)不能并聯(lián)運行。但實際上低壓系統(tǒng)往往需要雙路供電， 又不能做到每處都設(shè)置機(jī)械聯(lián)鎖，所以不能*杜絕并聯(lián)的情況。
3 干式變壓器設(shè)計選型及安裝的改進(jìn)建議
3.1 干式變壓器應(yīng)采取可靠的溫度控制保護(hù)措施
干式變壓器的安全運行和使用壽命， 很大程度上取決于變壓器繞組絕緣的安全可靠。繞組溫度超過絕緣耐受溫度使絕緣被破壞， 是導(dǎo)致變壓器不能正常工作的主要原因之一， 因此對變壓器運行溫度的監(jiān)測及其報警控制是十分重要的， 由于變壓器結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外依次為：鐵心、低壓繞組和高壓繞組。而發(fā)熱源為鐵心和低壓繞組， 外表面的高壓繞組由于電流小而發(fā)熱很少。因此，使用普通的軸流式風(fēng)扇吹變壓器表面和空調(diào)降溫效果不好。變壓器在制造時，已預(yù)留散熱風(fēng)道， 只有配用的干變風(fēng)冷溫控裝置，才能達(dá)到預(yù)期的效果。為適應(yīng)變電站無人值班的要求， 建議對現(xiàn)有的干式站用變安裝風(fēng)冷溫控系統(tǒng)，并對開關(guān)柜進(jìn)行通風(fēng)改造，溫度過高時應(yīng)能自動啟動通風(fēng)散熱裝置。
3.1.1 風(fēng)機(jī)自動控制
通過預(yù)埋在低壓繞組zui熱處的Pt100 熱敏測溫電阻測取溫度信號。變壓器負(fù)載增大， 運行溫度上升，當(dāng)繞組溫度達(dá)某一數(shù)值（此值可調(diào)，對F 級絕緣干變一般整定為110℃） 時， 系統(tǒng)自動啟動風(fēng)機(jī)冷卻;當(dāng)繞組溫度降低至某一數(shù)值（此值也可調(diào)，對F級絕緣干變一般整定在90℃）時，系統(tǒng)自動停止風(fēng)機(jī)。
3.1.2 超溫報警、跳閘
通過預(yù)埋在低壓繞組中的PTC 非線性熱敏測溫電阻采集繞組或鐵心溫度信號。當(dāng)變壓器繞組溫度繼續(xù)升高，若達(dá)到某一高溫度值（此值也可根據(jù)工程設(shè)計調(diào)整， 通常整定在F 級絕緣所標(biāo)稱溫度155℃）時，系統(tǒng)輸出超溫報警信號;若溫度繼續(xù)上升達(dá)某值（此值也可按工程設(shè)計調(diào)整， 通常整定在170℃），變壓器已不能繼續(xù)運行，須向二次保護(hù)回路輸送超溫跳閘信號，應(yīng)使變壓器迅即跳閘。
3.1.3 溫度顯示系統(tǒng)
通過預(yù)埋在低壓繞組中的Pt100 熱敏電阻測取溫度變化值，直接顯示各相繞組溫度（三相巡檢及zui大值顯示，并可記錄歷史zui高溫度），可將zui高溫度以4mA~20mA 模擬量輸出， 若需傳輸至遠(yuǎn)方（距離可達(dá)1 200m）計算機(jī)，可加配RS232C 計算機(jī)接口。系統(tǒng)的超溫報警、跳閘也可由Pt100 熱敏傳感電阻信號動作，進(jìn)一步提高溫控保護(hù)系統(tǒng)的可靠性。
3.2 變壓器相間及對地安全凈距必須符合要求
對柜內(nèi)布置的變壓器應(yīng)根據(jù)《*公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》要求，高壓開關(guān)柜應(yīng)選用“五防”功能完備的加強絕緣型產(chǎn)品，其外絕緣應(yīng)滿足以下條件：空氣絕緣凈距離：≥125mm （ 對12kV），≥360mm（對40.5kV）。爬電比距：≥18mm/kV（對瓷質(zhì)絕緣），≥20mm/kV（對有機(jī)絕緣）。在代莊變電站、申樓變電站投運前驗收時，曾發(fā)現(xiàn)變壓器柜內(nèi)安全凈距不符合要求的情況， 建議對柜體進(jìn)行了改正。所以在設(shè)備驗收時，對變壓器柜體內(nèi)相間及對地電氣距離必須嚴(yán)格驗收， 保證符合要求。建議在以后的設(shè)計中， 變電站內(nèi)應(yīng)配置箱變或非封閉式干式變壓器， 條件允許時， 可設(shè)置站用變室，站用變單獨安裝在室內(nèi)。對設(shè)置于變電所內(nèi)的非封閉式干式變壓器，應(yīng)符合《10kV 以下變電所設(shè)計規(guī)范》要求，應(yīng)裝設(shè)高度不低于1.7m 的固定遮欄，遮欄網(wǎng)孔不應(yīng)大于40mm×40mm。變壓器的外廓與遮欄的凈距不宜小于0.6m，變壓器之間的凈距不應(yīng)小于1.0m。
3.3 合理選型配置減少投資及損耗
變電站沒有10kV 電壓等級，可選擇兩臺35kV電壓等級的油浸變壓器，室外布置。35kV 與10 kV電壓等級都有， 鑒于35kV 干式變壓器質(zhì)量的不確定性和35kV 與10kV 變壓器變比不同，站用電低壓系統(tǒng)不能并聯(lián)的問題。建議在變電站建設(shè)初期，只在10kV I 段母線設(shè)一臺變壓器，35kV 站用變盡量不設(shè)置， 可采取保留變電站施工電源配電變壓器作為站用變臨時電源的措施。在變電站擴(kuò)建兩臺主變后，在10kV Ⅱ段母線上再新設(shè)一臺與原10kV 變壓器接線組別相同的10kV 變壓器，取代配電變壓器。這樣既符合國網(wǎng)公司實踐科學(xué)發(fā)展降耗節(jié)支和“三節(jié)約”活動要求，又保證了變電站用電的可靠性。
4 結(jié)束語
隨著干式變壓器的大量推廣應(yīng)用、不斷開拓創(chuàng)新，其生產(chǎn)制造技術(shù)也獲長足發(fā)展，未來的干式變壓器預(yù)計將獲得進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用。通過筆者對干式站用變壓器運行中存在的問題的研究以及對設(shè)計選型安裝提出的建議，希望得到同行們在設(shè)備選型、設(shè)計、施工、驗收等環(huán)節(jié)的高度重視，改進(jìn)設(shè)計和設(shè)備安裝方式，保障變電站安全、可靠運行。
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