110kV变压器抗短路能力不足典型案例分析与对策

发表时间:2018/5/8   来源:《电力设备》2017年第36期   作者:杨彪 谭海波 靳泰然 杨俊波 李啟陆
[导读] 摘要:文中论述了一起110kV变压器在运行中因抗短路能力不足返厂大修,详细介绍了改造的具体工作内容和时间计划,探讨了运行中变压器在提高抗短路能力改造方面加强线圈轴向压力和屈服应力的工艺和做法,并对提高抗短路能力不足的变压器关键改造工艺进行探讨;提出对提高变压器短路承受能力具有有针对性的、可操作性的设计要求、工艺规范。

        (云南电网有限责任公司昆明供局  云南昆明  650020)
        摘要:文中论述了一起110kV变压器在运行中因抗短路能力不足返厂大修,详细介绍了改造的具体工作内容和时间计划,探讨了运行中变压器在提高抗短路能力改造方面加强线圈轴向压力和屈服应力的工艺和做法,并对提高抗短路能力不足的变压器关键改造工艺进行探讨;提出对提高变压器短路承受能力具有有针对性的、可操作性的设计要求、工艺规范。
        关键词:变压器;抗短路;半硬自粘;工艺
        一、前言
        输变电设备中变压器作为主要设备,承担着把发电厂发出的电能量升高电压长距离的输送到用电地区,末端再把电压降低为各级使用电压,以满足不同用电的需要;而早期我国90年代生产的电力变压器由于受设计标准、生产工艺、材料性能限制,长期运行过程中变压器线圈压紧力下降,铁芯松动,主变防雷措施不当,主变周边雷电活动比较频繁,主变抗短路能力已不能满足要求,存在主变抗短路能力不足的隐患,直接影响变压器健康水平,严重时可能会导致近区短路工况下变压器内部出现故障,影响整个电网系统的安全稳定运行,因此,提高电力变压器抗短路能力,减少变压器事故,显得尤为重要。本文通过实际的主变短路能力不足改造案例对电力变压器抗短路能力改造内容及关键工艺进行的分析,提出了电力变压器在设计、工艺和结构方面提高抗短路能力的方法与措施。
        二、主变改造案例
        1、项目前期调查分析调研


        某局110kVXXX变电站110kV1号主变型号为SFSZ8-40000/110型变压器,1997年7月投运至今,已达到近20年,由于当时受设计标准、生产工艺、材料性能限制,存在以下几种问题。
        a 、线圈材质采用老工艺纸包扁铜线,其硬度和强度性能较差,能承受的轴向压力较小,绝缘油长期温度较高易造成绝缘纸加速老化;
        b 、高低压线圈压板压紧方式力度不足,压板绝缘件长期在油中浸泡会有随着运行时间的推移会缓慢的收缩,线圈轴向压紧力会减小导致压紧力不够线圈出现松动现象;
        c 、线圈绕制工艺老旧绕制不紧密、不规范而引起松动现象,绕制时油道支撑垫块固定不紧密、不规则,绝缘垫板固定不牢固,当大电流通过线圈在电磁场作用下产生的漏磁较大,长期运行导致电动力急剧加大。
        以上几种情况当变压器遭受短路故障电流冲击后,绕组将会发生局部变形,在积累效应的作用下,即使没有立即损坏,也可能会留下严重的故障隐患,绕组机械性能下降,当再次遭受短路事故时,将承受不住巨大的电动力而发生变压器内部线圈损坏事故事件。
        通过对该台主变抗短路能力校核报告计算(详见表一),该台主变三相绕组运行时最大穿越电流已满足不了安全系数要求,存在主变抗短路能力不足的隐患,直接影响变压器健康水平,严重时可能会导致近区短路工况下变压器内部出现故障,影响该局东川110kV电网系统的安全稳定运行。
        2、返厂改造主要技术方案
        针对该型变压器结构(设计)和工艺方面的缺陷,根据前期的大量的分析论证制定了以下有效的防止短路损坏事故的预防控制措施,该型变压器按照轮替返厂进行抗短路能力的技术改造,其加固改造技术措施如下:
        1)、原变压器高、中、低压绕组均为纸包铜扁线,因其线圈绕组叠装未能有效形成一个整体,硬度和压紧强度性能较差,为了提高抗短路能力要求,返厂改造修理后高、中、低压绕组均更换为高强度半硬热自粘换位导线,并加宽铜导线截面提高通流能力;
        2)、单相线圈的压紧根据工艺要求,采用4个电动液压顶升装置同时对一相线圈同步进行加压,逐步加压至400bar的压力(根据阻抗电压的大小、导线绕制换位方式、导线厚薄程度等参数所施加的压力各有不同),改变了以往用人工扳手压不紧或压力不匀的情况,变压器线圈压装是通过调整片来调整压力,线圈或线圈垫块允许最大过压10%以便插入调整片,当液压缸退出时调整垫片就绪保持应用的压力。见图1。


        图1  变压器线圈压装示意图   图2  变压器线圈主副压板示意
        3)、 线圈压板为整体式的层压木板(低、高、调压线圈共一块), 线圈轴向采用层压木板垫块三相同时压紧工艺,制造辐向尺寸较大的压板,压板采用了主压板和副压板的两块高密度压板结构提高压紧力度见图2,对上部压紧装置进行微小调整,重新进行压紧,使轴向压紧力均匀作用于整个压紧系统,从而提高轴向压紧力;
        4)、端圈的制作采用360度等分定位法进行十字定位划线,即已O为中心位置画出十字垂线然后以0°、90°、180°、270°划线见图3 ,然后在纸圈幅向划线直到整个纸板等分完毕,垫块制作成等宽、等长的薄垫块,端圈制作完后通过联板连接把三个端圈连为个整体见图4,通过上铁轭下的主副压板的压力作用下,线圈整体形成轴向均匀的压紧力,能有效提高线圈轴向应力。


        5)、线圈内撑条采用加厚性高密度纸板、垫块加密均衡布置,线圈经过恒压干燥后分相套装后对错误的垫块进行修正(保证纵向垫块在一条线上,提高导线的屈服力);
        6)、硅钢片进行重新叠装处理,更换铁芯绝缘件、芯柱及上下铁轭阶梯垫块、芯柱接缝间用层压圆木棒填充,叠装后采用打包机绑扎,加强铁芯绑扎紧实度及圆整度,提高铁芯抗电动拉力的能力,降低变压器运行噪音。
        7)变压器上下铁轭、夹件、线圈抽头支架、所以绝缘件固定柳丁螺丝采用TS528油面胶进行固定,防止因螺栓松动导致夹件、铁轭错位、导线松动造成的摆动的情况发生。
        2、改造工作具体内容
        1)、变电现场拆卸变压器附件,返厂运输;
        2)、重新设计高、中、低压绕组,采用半硬热自粘换位导线,更换所有绝缘件;
        3)、除有载开关、散热片、储油柜附件保留使用,其余高低压套管、瓦斯、压力释放阀、温控器、阀门、呼吸器、二次桥架、二次电缆、风机及风冷控制柜(PLC控制)等组件全部更换;
        4)、改造上下节油箱连接方式:变压器上下节油箱由原焊接全密封结构更改为螺栓连接结构;
        5)、更换储油柜胶囊,有载开关大修检查,按照交接与预防性试验规程开展试验工作;
        6)、更换变压器全部密封件,密封胶垫采用抗油抗老化高性能的丙烯酸酯密封胶垫,油箱外部全部采用热镀锌螺栓,油箱及附件整体重新做漆处理。
        7)、主变中、低压侧套管与母线连接部位按要求采用热缩绝缘套进行包封,避免因小动物或污闪导致的短路事件发生。
        8)、某局110kVXXX变电站周边多为选矿厂,污染较为严重其盐密度灰密度严重超标,为提高110kV高压套管抗污闪能力,降低因高套管爬距不足引起的闪落接地短路事件的发生,在主变高压套管和中心点套管装设交联绝缘伞裙。
        9)、进行全套出厂试验,根据数学模型计算出变压器承受的最大短路电流,运行时最大穿越电流以及安全系数要求值。
        3、修理周期计划


        根据改造前与改造后的抗短路能力的数值对比,可以看出主变可承受的短路电流能力提高了很明显,高压绕组可承受的最大短路电流提高了1.4倍,中压绕组可承受的最大短路电流提高了2倍,高压绕组可承受的最大短路电流提高了3倍,改造足抗短路能力合格,有效提升主变健康水平,降低近区短路发生概率,控制主变短路损坏故障后果,切实防范主变损坏风险。
        五、结束语
        根据统计我局变压器抗短路能力不足主变压器还有40余台,XXX变电站1号主变是我局首台抗短路能力不足改造的变压器,主变返厂改造前期于厂家技术、设计人员制定改造方案,编制了改造技术方案、工作内容、进度计划时间,并对改造完的主变不同运行工况下抗短路能力、内线圈辐向失稳校核、 2s短路时间后变压器线圈温升进行了计算分析,到厂里现场监造主变的线圈绕制工艺、绝缘件材质固定方式、铁芯叠装压紧工艺、烘干处理、线圈紧固定措施等生产工艺,改造前后高、中、低压绕组承受最大短路电流得到了明显提高,期间形成了一套系统有效的做法,实践中取得了良好的成效,为我局今后改造抗短路能力不足主变压器奠定了坚实的基础,,从长远来说这对于提高整体电网运行质量具有重大实际意义。随着技术和科技水平的不断提高电力变压器抗短路能力应采取的方法与措施还有很多,需要在以后的实践中进一步研究发现和完善。
        参考文献:
        [1]贺以燕. 我国电力变压器抗短路能力现状与提高的措施及IEC 新标准[J]. 电力设备, 2001, 2(4): 55-61.
        [2]姜益民.变压器运行中短路损坏的常见部位及原因分析[J].变压器,2005,42(4): 34-38.
        [3]变压器制造技术丛书编审委员会.变压器绕组制造工艺[M]. 北京:机械工业出版社,1999.

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