淺析有載調(diào)壓變壓器及故障處理

中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)黎明航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司動(dòng)力分公司 吳凱

摘要：本文通過(guò)分析有載調(diào)壓變壓器的工作原理和特點(diǎn)，總結(jié)了運(yùn)行注意事項(xiàng)，得出應(yīng)合理設(shè)置主變壓器分接開(kāi)關(guān)位置、動(dòng)態(tài)補(bǔ)償無(wú)功功率，結(jié)合實(shí)際，科學(xué)設(shè)置各分變電站有載調(diào)壓變壓器控制器的參數(shù)，加強(qiáng)變壓器有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)異常的分析和處理。

關(guān)鍵詞：優(yōu)化;有載調(diào)壓;電壓質(zhì)量

1引言

電壓質(zhì)量是反映電能質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)，其質(zhì)量好壞直接影響用電設(shè)備的性能和壽命，也影響電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。從安全角度考慮，電壓過(guò)高會(huì)危及電力設(shè)備的安全，降低電力設(shè)備的使用壽命;電壓過(guò)低則不利于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為了滿足用電設(shè)備的電壓需求，大部分變電站均將原來(lái)的無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器更換為有載調(diào)壓變壓器，如何使這些變壓器最大限度的發(fā)揮調(diào)壓、穩(wěn)壓的作用成為用電單位關(guān)注的焦點(diǎn)。隨著數(shù)控設(shè)備和高精尖用電設(shè)備不斷投入使用，對(duì)電力系統(tǒng)的要求越來(lái)越高，在要求電力系統(tǒng)少停電、不停電的情況下，對(duì)電網(wǎng)的電能質(zhì)量也提出了更高的要求，而且電能質(zhì)量問(wèn)題也已成為供電部門(mén)面臨的重要問(wèn)題。

2工作原理與優(yōu)缺點(diǎn)

2 .11作原理

變壓器出線側(cè)電壓的波動(dòng)來(lái)自兩個(gè)方面，一方面是進(jìn)線電源的電壓波動(dòng)，第二是用電負(fù)荷變化引起電壓降的變化。若電網(wǎng)中沒(méi)有調(diào)壓措施，則線路末端電壓波動(dòng)可達(dá)20%以上。負(fù)載的變化直接影響變壓器出線端側(cè)的電壓。在變壓器容量不變的情況下，負(fù)載小，變壓器出線端的電壓偏高;負(fù)載大，變壓器出線端電壓偏低。嚴(yán)重時(shí)，將造成停電事故。有載自動(dòng)調(diào)壓變壓器可根據(jù)系統(tǒng)運(yùn)行情況，在帶負(fù)荷的條件下隨時(shí)切換分接頭開(kāi)關(guān)，保證電壓質(zhì)量，而且分接頭數(shù)目多、調(diào)節(jié)范圍比較大，采用有載調(diào)壓變壓器時(shí)，可以根據(jù)最大負(fù)荷和最小負(fù)荷時(shí)分接頭電壓來(lái)分別選擇各自合適的分接頭。這樣就能縮小二次電壓的變化幅度，甚至改變電壓變化的趨勢(shì)。變壓器的高壓繞組終端區(qū)隔一些線匝就抽出一個(gè)接頭，電源接在不同的抽頭上，高壓繞組的實(shí)際線匝數(shù)就不同，而低壓繞組的線匝數(shù)是固定的，這樣，變化的高壓繞組匝數(shù)和不變的低壓繞組匝數(shù)就構(gòu)成了不同的變比，根據(jù)變壓器變壓的原理，低壓繞組就可以隨高壓繞組接不同抽頭而變出不同的電壓。高壓繞組的抽頭可以在線圈的電源側(cè)，也可以在中心點(diǎn)側(cè)，這都不能改變其基本原理。變壓器一般都帶抽頭，以便現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)實(shí)際電壓來(lái)調(diào)整電壓值。有載調(diào)壓就是將上述繞組抽頭都接在有滅弧能力的開(kāi)關(guān)上，在外部通過(guò)遠(yuǎn)方控制手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)電源好這些抽頭的連接，從而達(dá)到隨時(shí)調(diào)整低壓繞組輸出電壓的目的。

2.2有載調(diào)壓變壓器的優(yōu)點(diǎn)

2 .2.1保持電壓穩(wěn)定

變壓器及輸電線路是存在一定阻抗的，在功率傳輸過(guò)程中，將產(chǎn)生電壓降，并隨著用戶側(cè)負(fù)荷的變化而變化。系統(tǒng)電壓的波動(dòng)加上用戶側(cè)負(fù)荷的變化引起電壓較大的變動(dòng)。備分變電站配電變壓器的任務(wù)是直接向用電負(fù)荷供應(yīng)電力，就電力系統(tǒng)來(lái)講，配電變壓器的一次側(cè)直接接到6kV主電壓網(wǎng)。配置有載調(diào)壓變壓器后，在實(shí)現(xiàn)無(wú)功功率就地平衡的前提下，當(dāng)電壓變動(dòng)超過(guò)定值時(shí)，有載調(diào)壓變壓器就會(huì)在一定的延時(shí)后動(dòng)作，對(duì)電壓進(jìn)行調(diào)整，并保持電壓的穩(wěn)定。

2 .2.2提高電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益

經(jīng)過(guò)多年改造，公司兩臺(tái)主變壓器分別進(jìn)行了更新改造，具備了有載調(diào)壓功能，各廠房變電站有載調(diào)壓變壓器已有幾十臺(tái)，保證了公司供電電壓質(zhì)量。有載調(diào)壓變壓器保持公司電網(wǎng)運(yùn)行在較高的電壓水平，優(yōu)化了無(wú)功功率，從而降低了線損，提高了電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)效益。電壓質(zhì)量提高了，用電設(shè)備的使用壽命大大延長(zhǎng)，特別是電腦計(jì)算機(jī)和控制設(shè)備的突發(fā)性停電造成的故障得到了控制;避免用戶分散安裝大量感應(yīng)調(diào)壓器、飽和電抗器、鐵磁諧振穩(wěn)壓器、補(bǔ)償式穩(wěn)壓器等調(diào)壓設(shè)備造成的浪費(fèi)現(xiàn)象。

2.3有載調(diào)壓變壓器的缺點(diǎn)

2 .3,1不能改變無(wú)功需求平衡狀態(tài)

當(dāng)系統(tǒng)無(wú)功功率缺額時(shí)，負(fù)荷的電壓特性可以使系統(tǒng)在較低電壓下保持穩(wěn)定運(yùn)行，但如果無(wú)功功率缺額較大時(shí)，為保持電壓水平，有載調(diào)壓變壓器動(dòng)作，電壓暫時(shí)上升，將無(wú)功功率缺額全部轉(zhuǎn)嫁到主網(wǎng)，從而使主網(wǎng)電壓逐漸下降，嚴(yán)重時(shí)可能引發(fā)系統(tǒng)電壓崩潰。

2 ,3.2降低變壓器運(yùn)行的可靠性

有載分接開(kāi)關(guān)內(nèi)部傳動(dòng)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，而且經(jīng)常操作切換，它的故障直接影響到變壓器的正常運(yùn)行。分接開(kāi)關(guān)由于受高溫和絕緣油影響，極易使觸頭表面氧化，產(chǎn)生氧化膜，使觸頭間接觸不良電阻增大，引起周部高溫，破壞觸頭表面。其故障形式主要有簡(jiǎn)體爆炸、觸頭燒損、檔序錯(cuò)亂、齒輪損壞等。近幾年我公司電力系統(tǒng)中就發(fā)生過(guò)某分變電站變壓器有載分接開(kāi)關(guān)檔序錯(cuò)亂，以及其它變電站有載分接開(kāi)關(guān)故障造成跳閘，發(fā)生停電事故。此外，有載調(diào)壓變壓器由于帶負(fù)荷調(diào)整電壓，不可避免地產(chǎn)生電弧，其積聚游離變壓器油由有載調(diào)壓變壓器中的瓦斯冒出，有時(shí)還會(huì)引起誤動(dòng)作或誤發(fā)信號(hào)。因此，大容量變壓器配置了有載調(diào)壓分接頭，也會(huì)給變壓器的可靠運(yùn)行造成了一定的影響。

3運(yùn)行中注意問(wèn)題與故障處理

3.1運(yùn)行中注意的問(wèn)題

3.1.1做好檢修，定期試驗(yàn)

真空有載分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行一年、油浸式有載分接開(kāi)關(guān)切換2000次后，應(yīng)進(jìn)行全面檢查、修理，并對(duì)切換開(kāi)關(guān)油箱中的油抽樣進(jìn)行不低于25kV的工頻耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)應(yīng)合格，否則更換合格變壓器絕緣油。為了防止分接開(kāi)關(guān)在嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷或系統(tǒng)短路時(shí)進(jìn)行切換，宜在有載分接開(kāi)關(guān)控制回路中加裝電流閉鎖裝置，其整定值不超過(guò)變壓器額定電流的1.5倍。

電動(dòng)操作機(jī)構(gòu)應(yīng)經(jīng)常保持良好狀態(tài)，有載分接開(kāi)關(guān)配備的瓦斯保護(hù)、防爆裝置、相序保護(hù)器、同期保護(hù)、過(guò)流保護(hù)等均應(yīng)運(yùn)行正常。當(dāng)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)應(yīng)查明原因。分接開(kāi)關(guān)的切換開(kāi)關(guān)箱應(yīng)嚴(yán)格密封，不得滲漏。如發(fā)現(xiàn)其油位升高異常或滿油位，說(shuō)明變壓器與有載分接開(kāi)關(guān)切換箱竄油。應(yīng)保持變壓器油位高于分接開(kāi)關(guān)的油位，防止開(kāi)關(guān)箱體油滲入變壓器本體，影響其絕緣油質(zhì)，并及時(shí)安排停電處理。

對(duì)于真空有載分接開(kāi)關(guān)，應(yīng)該按周期對(duì)真空投切元件等進(jìn)行絕緣檢查及耐壓試驗(yàn)。送電前必須連接好高壓跳閘，否則嚴(yán)禁送電。分接開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障，保護(hù)使高壓跳閘，故障沒(méi)有徹底排除不得送高壓。進(jìn)行分接開(kāi)關(guān)檢修和潤(rùn)滑時(shí)，必須做好停電和對(duì)地短路裝置的連接。為保證分接開(kāi)關(guān)傳動(dòng)部分可靠工作，室內(nèi)溫度應(yīng)不低于-5℃。

3.1.2遵守規(guī)定，規(guī)范操作

由于有載調(diào)壓變壓器無(wú)法改變系統(tǒng)的無(wú)功需求平衡狀態(tài)，為避免引發(fā)電網(wǎng)電壓崩潰，系統(tǒng)應(yīng)有足夠的無(wú)功容量并實(shí)現(xiàn)分層分區(qū)就地平衡，優(yōu)化配置并保持足夠的事故備用容量，避免有載調(diào)壓變壓器動(dòng)作引發(fā)電壓崩潰，造成大面積停電。正常情況下，有載分接開(kāi)關(guān)一般使用自動(dòng)控制調(diào)整方式運(yùn)行。操作分接開(kāi)關(guān)的變換檔位時(shí)，必須在一個(gè)分接變換完成后方可進(jìn)行第二次分接變換，也就是有載分接開(kāi)關(guān)操作過(guò)程中應(yīng)逐級(jí)調(diào)壓，同時(shí)監(jiān)視分接位置及電壓電流變化，每次調(diào)壓一檔后應(yīng)間隔1分鐘以上，才能進(jìn)行下一檔調(diào)節(jié)。

對(duì)兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行的有載調(diào)壓變壓器.容許在85%變壓器額定負(fù)荷電流及以下的情況時(shí)進(jìn)行分接頭變換操作，對(duì)85%以上的情況應(yīng)閉鎖分接頭變換。同時(shí)，不得在單臺(tái)變壓器上連續(xù)進(jìn)行2個(gè)分接變換操作，必須一臺(tái)變壓器的分接變換完成后，再進(jìn)行另一臺(tái)變壓器的分接變換操作。每進(jìn)行1次分接變換后，都要檢查電流和電壓的變化情況，防止誤操作和過(guò)負(fù)荷。升壓操作，應(yīng)先操作負(fù)荷電流相對(duì)較少的一臺(tái)，再操作負(fù)荷電流相對(duì)較大的一臺(tái)，以防止過(guò)大的環(huán)流。降壓操作時(shí)與此相反。操作完畢，應(yīng)再次檢查并聯(lián)的兩臺(tái)變壓器的電流大小與分配情況各種調(diào)壓方式。另外，必須設(shè)置可靠的失步保護(hù)，確保兩臺(tái)變壓器同步切換。有載調(diào)壓變壓器與無(wú)載調(diào)壓變壓器并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，有載調(diào)壓變壓器的分接應(yīng)盡量靠近無(wú)載調(diào)壓變壓器的分接位置。對(duì)高電壓大容量變壓器，為提高本身的可靠性，防止諧振過(guò)電壓，也應(yīng)盡可能不用分接頭，必要時(shí)也僅用調(diào)節(jié)范圍不大的無(wú)載調(diào)壓方式，在變壓器內(nèi)采用氧化鋅避雷器作吸收過(guò)電壓保護(hù)。

3.1.3正確設(shè)置，穩(wěn)定運(yùn)行

正確設(shè)置有載分接開(kāi)關(guān)控制器參數(shù)，確保運(yùn)行正常。有載分接開(kāi)關(guān)控制器的工作原理，一般是根據(jù)采樣電壓的大小，與基準(zhǔn)電壓比較，然后向電機(jī)開(kāi)關(guān)發(fā)出升壓或降壓指令，使電機(jī)向指定的升壓或降壓方向運(yùn)轉(zhuǎn)，并迅速驅(qū)動(dòng)有載分接開(kāi)關(guān)進(jìn)行切換，實(shí)現(xiàn)對(duì)有載調(diào)壓變壓器進(jìn)行自動(dòng)有載調(diào)壓，使變壓器低壓側(cè)母線電壓穩(wěn)定在基準(zhǔn)電壓附近。這樣就需要在使用自動(dòng)調(diào)壓之前，必須把有載控制器的相關(guān)參數(shù)包括基準(zhǔn)電壓、上限、下限、欠壓、過(guò)壓、過(guò)流、補(bǔ)償電阻等設(shè)定在有載調(diào)壓變壓器使用范圍。這些參數(shù)的設(shè)置準(zhǔn)確性直接關(guān)系到供電電壓的質(zhì)量，特別是基準(zhǔn)電壓值的設(shè)定，必須等于或接近用電設(shè)備的要求。對(duì)于公司各廠房變壓器經(jīng)過(guò)近年有載調(diào)壓變壓器供電電壓滿足用電負(fù)荷要求的情況來(lái)看，均不能按照0.4kV進(jìn)行設(shè)定，需要根據(jù)實(shí)際情況，在測(cè)量分析的基礎(chǔ)上，充分考慮采樣、測(cè)量誤差、輸電電壓降等因素進(jìn)行設(shè)置.才能保證供電電壓達(dá)標(biāo)。

3.2異常問(wèn)題與處理

3.2.1調(diào)壓開(kāi)關(guān)拒動(dòng)

遠(yuǎn)方或就地操作選擇開(kāi)關(guān)、手動(dòng)或自動(dòng)選擇開(kāi)關(guān)等操作方式選擇開(kāi)關(guān)位置不正確時(shí)，應(yīng)將它們置于正確位置上;已在最高位繼續(xù)調(diào)增、或已在最低位繼續(xù)調(diào)減等操作超越極限位置時(shí)，應(yīng)向發(fā)令人報(bào)告，改正錯(cuò)誤。操作回路直流電源不正常時(shí)應(yīng)恢復(fù)電源。操作機(jī)構(gòu)交流電源不正常的情況一般有機(jī)構(gòu)動(dòng)力電源三相或兩相無(wú)電壓電動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)、操作動(dòng)力電源有一相無(wú)電壓，電動(dòng)機(jī)兩相受電引起過(guò)電流使電源接觸器跳閘;機(jī)構(gòu)交流控制電源無(wú)電壓，控制回路不能動(dòng)作;操作交流電源三相相序錯(cuò)誤，使電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，有關(guān)保護(hù)動(dòng)作使電源接觸器跳閘。這種情況一般將三相電源中兩相互換，調(diào)正電源相序即可重新操作。

3.2.2有載分接開(kāi)關(guān)機(jī)械故障

有載分接開(kāi)關(guān)機(jī)械故障包括切換開(kāi)關(guān)或分頭選擇器故障、操作機(jī)構(gòu)機(jī)械故障在內(nèi)，是一種嚴(yán)重故障。分頭選擇器帶負(fù)荷轉(zhuǎn)換，這種情況與帶負(fù)荷分合隔離開(kāi)關(guān)相似，將使變壓器本體主瓦斯繼電器動(dòng)作跳閘。切換開(kāi)關(guān)拒動(dòng)或切換不到位，假如切換開(kāi)關(guān)在切換中途長(zhǎng)時(shí)間停止在某一中間位置，會(huì)使過(guò)渡電阻因長(zhǎng)期通電而過(guò)熱，可能使切換開(kāi)關(guān)瓦斯繼電器動(dòng)作，將變壓器跳閘，切換開(kāi)關(guān)或分頭選擇器觸頭接觸不良過(guò)熱。出現(xiàn)上述問(wèn)題時(shí)，應(yīng)及時(shí)申請(qǐng)將變壓器退出運(yùn)行，進(jìn)行檢修。

3.2.3有載分接開(kāi)關(guān)失步

變壓器有載分接開(kāi)關(guān)三相應(yīng)在同一位置，所謂“失步”，是指調(diào)壓中由于某種原因，使三相分頭位置不一致。在這種狀態(tài)下，由于次級(jí)電壓三相不平衡，會(huì)產(chǎn)生零序電壓和零序電流。在變壓器調(diào)壓過(guò)程中，短時(shí)不一致是可能的，如長(zhǎng)時(shí)間不一致，可能使變壓器過(guò)熱或者跳閘。有載分接開(kāi)關(guān)失步的原因，可能是其中一相或兩相由于電氣或機(jī)械故障而拒動(dòng)，或啟動(dòng)后中途停止。發(fā)生有載分接開(kāi)關(guān)失步故障時(shí)，運(yùn)行人員應(yīng)立即到現(xiàn)場(chǎng)，檢查變壓器三相分接開(kāi)關(guān)的實(shí)際位置，查明拒動(dòng)原因，予以處理，使三相恢復(fù)同步。

4小結(jié)

公司備分變電站已實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)低壓無(wú)功補(bǔ)償，6kV系統(tǒng)也有動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置。合理的設(shè)置主變壓器的分接開(kāi)關(guān)檔位，配合分變電站的動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，正確設(shè)定各分變電站有載調(diào)壓變壓器的控制器參數(shù)并投入自動(dòng)運(yùn)行，同時(shí)對(duì)變壓器有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)異常問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)處理，公司供電系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，電壓達(dá)標(biāo)率也將會(huì)得到顯著改善。

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