淺析有載調(diào)壓變壓器及故障處理

中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機有限責(zé)任公司動力分公司 吳凱

摘要：本文通過分析有載調(diào)壓變壓器的工作原理和特點，總結(jié)了運行注意事項，得出應(yīng)合理設(shè)置主變壓器分接開關(guān)位置、動態(tài)補償無功功率，結(jié)合實際，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)，加強變壓器有載調(diào)壓開關(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)量優(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)的安全運行。從安全角度考慮，電壓過高會危及電力設(shè)備的安全，降低電力設(shè)備的使用壽命;電壓過低則不利于電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。為了滿足用電設(shè)備的電壓需求，大部分變電站均將原來的無勵磁調(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。隨著數(shù)控設(shè)備和高精尖用電設(shè)備不斷投入使用，對電力系統(tǒng)的要求越來越高，在要求電力系統(tǒng)少停電、不停電的情況下，對電網(wǎng)的電能質(zhì)量也提出了更高的要求，而且電能質(zhì)量問題也已成為供電部門面臨的重要問題。

2工作原理與優(yōu)缺點

2 .11作原理

變壓器出線側(cè)電壓的波動來自兩個方面，一方面是進線電源的電壓波動，第二是用電負荷變化引起電壓降的變化。若電網(wǎng)中沒有調(diào)壓措施，則線路末端電壓波動可達20%以上。負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，負載小，變壓器出線端的電壓偏高;負載大，變壓器出線端電壓偏低。嚴重時，將造成停電事故。有載自動調(diào)壓變壓器可根據(jù)系統(tǒng)運行情況，在帶負荷的條件下隨時切換分接頭開關(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，可以根據(jù)最大負荷和最小負荷時分接頭電壓來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。變壓器的高壓繞組終端區(qū)隔一些線匝就抽出一個接頭，電源接在不同的抽頭上，高壓繞組的實際線匝數(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)場根據(jù)實際電壓來調(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關(guān)上，在外部通過遠方控制手動或自動調(diào)節(jié)電源好這些抽頭的連接，從而達到隨時調(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

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，在功率傳輸過程中，將產(chǎn)生電壓降，并隨著用戶側(cè)負荷的變化而變化。系統(tǒng)電壓的波動加上用戶側(cè)負荷的變化引起電壓較大的變動。備分變電站配電變壓器的任務(wù)是直接向用電負荷供應(yīng)電力，就電力系統(tǒng)來講，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，在實現(xiàn)無功功率就地平衡的前提下，當(dāng)電壓變動超過定值時，有載調(diào)壓變壓器就會在一定的延時后動作，對電壓進行調(diào)整，并保持電壓的穩(wěn)定。

2 .2.2提高電網(wǎng)經(jīng)濟效益

經(jīng)過多年改造，公司兩臺主變壓器分別進行了更新改造，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，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)運行在較高的電壓水平，優(yōu)化了無功功率，從而降低了線損，提高了電網(wǎng)經(jīng)濟效益。電壓質(zhì)量提高了，用電設(shè)備的使用壽命大大延長，特別是電腦計算機和控制設(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、補償式穩(wěn)壓器等調(diào)壓設(shè)備造成的浪費現(xiàn)象。

2.3有載調(diào)壓變壓器的缺點

2 .3,1不能改變無功需求平衡狀態(tài)

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

2 ,3.2降低變壓器運行的可靠性

有載分接開關(guān)內(nèi)部傳動結(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行。分接開關(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體爆炸、觸頭燒損、檔序錯亂、齒輪損壞等。近幾年我公司電力系統(tǒng)中就發(fā)生過某分變電站變壓器有載分接開關(guān)檔序錯亂，以及其它變電站有載分接開關(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，有時還會引起誤動作或誤發(fā)信號。因此，大容量變壓器配置了有載調(diào)壓分接頭，也會給變壓器的可靠運行造成了一定的影響。

3運行中注意問題與故障處理

3.1運行中注意的問題

3.1.1做好檢修，定期試驗

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

電動操作機構(gòu)應(yīng)經(jīng)常保持良好狀態(tài)，有載分接開關(guān)配備的瓦斯保護、防爆裝置、相序保護器、同期保護、過流保護等均應(yīng)運行正常。當(dāng)保護裝置動作時應(yīng)查明原因。分接開關(guān)的切換開關(guān)箱應(yīng)嚴格密封，不得滲漏。如發(fā)現(xiàn)其油位升高異常或滿油位，說明變壓器與有載分接開關(guān)切換箱竄油。應(yīng)保持變壓器油位高于分接開關(guān)的油位，防止開關(guān)箱體油滲入變壓器本體，影響其絕緣油質(zhì)，并及時安排停電處理。

對于真空有載分接開關(guān)，應(yīng)該按周期對真空投切元件等進行絕緣檢查及耐壓試驗。送電前必須連接好高壓跳閘，否則嚴禁送電。分接開關(guān)出現(xiàn)故障，保護使高壓跳閘，故障沒有徹底排除不得送高壓。進行分接開關(guān)檢修和潤滑時，必須做好停電和對地短路裝置的連接。為保證分接開關(guān)傳動部分可靠工作，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)壓變壓器無法改變系統(tǒng)的無功需求平衡狀態(tài)，為避免引發(fā)電網(wǎng)電壓崩潰，系統(tǒng)應(yīng)有足夠的無功容量并實現(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，有載分接開關(guān)一般使用自動控制調(diào)整方式運行。操作分接開關(guān)的變換檔位時，必須在一個分接變換完成后方可進行第二次分接變換，也就是有載分接開關(guān)操作過程中應(yīng)逐級調(diào)壓，同時監(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，才能進行下一檔調(diào)節(jié)。

對兩臺并聯(lián)運行的有載調(diào)壓變壓器.容許在85%變壓器額定負荷電流及以下的情況時進行分接頭變換操作，對85%以上的情況應(yīng)閉鎖分接頭變換。同時，不得在單臺變壓器上連續(xù)進行2個分接變換操作，必須一臺變壓器的分接變換完成后，再進行另一臺變壓器的分接變換操作。每進行1次分接變換后，都要檢查電流和電壓的變化情況，防止誤操作和過負荷。升壓操作，應(yīng)先操作負荷電流相對較少的一臺，再操作負荷電流相對較大的一臺，以防止過大的環(huán)流。降壓操作時與此相反。操作完畢，應(yīng)再次檢查并聯(lián)的兩臺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，確保兩臺變壓器同步切換。有載調(diào)壓變壓器與無載調(diào)壓變壓器并聯(lián)運行時，有載調(diào)壓變壓器的分接應(yīng)盡量靠近無載調(diào)壓變壓器的分接位置。對高電壓大容量變壓器，為提高本身的可靠性，防止諧振過電壓，也應(yīng)盡可能不用分接頭，必要時也僅用調(diào)節(jié)范圍不大的無載調(diào)壓方式，在變壓器內(nèi)采用氧化鋅避雷器作吸收過電壓保護。

3.1.3正確設(shè)置，穩(wěn)定運行

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

3.2異常問題與處理

3.2.1調(diào)壓開關(guān)拒動

遠方或就地操作選擇開關(guān)、手動或自動選擇開關(guān)等操作方式選擇開關(guān)位置不正確時，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，應(yīng)向發(fā)令人報告，改正錯誤。操作回路直流電源不正常時應(yīng)恢復(fù)電源。操作機構(gòu)交流電源不正常的情況一般有機構(gòu)動力電源三相或兩相無電壓電動機不能啟動、操作動力電源有一相無電壓，電動機兩相受電引起過電流使電源接觸器跳閘;機構(gòu)交流控制電源無電壓，控制回路不能動作;操作交流電源三相相序錯誤，使電動機反向旋轉(zhuǎn)，有關(guān)保護動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有載分接開關(guān)機械故障

有載分接開關(guān)機械故障包括切換開關(guān)或分頭選擇器故障、操作機構(gòu)機械故障在內(nèi)，是一種嚴重故障。分頭選擇器帶負荷轉(zhuǎn)換，這種情況與帶負荷分合隔離開關(guān)相似，將使變壓器本體主瓦斯繼電器動作跳閘。切換開關(guān)拒動或切換不到位，假如切換開關(guān)在切換中途長時間停止在某一中間位置，會使過渡電阻因長期通電而過熱，可能使切換開關(guān)瓦斯繼電器動作，將變壓器跳閘，切換開關(guān)或分頭選擇器觸頭接觸不良過熱。出現(xiàn)上述問題時，應(yīng)及時申請將變壓器退出運行，進行檢修。

3.2.3有載分接開關(guān)失步

變壓器有載分接開關(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，由于次級電壓三相不平衡，會產(chǎn)生零序電壓和零序電流。在變壓器調(diào)壓過程中，短時不一致是可能的，如長時間不一致，可能使變壓器過熱或者跳閘。有載分接開關(guān)失步的原因，可能是其中一相或兩相由于電氣或機械故障而拒動，或啟動后中途停止。發(fā)生有載分接開關(guān)失步故障時，運行人員應(yīng)立即到現(xiàn)場，檢查變壓器三相分接開關(guān)的實際位置，查明拒動原因，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現(xiàn)動態(tài)低壓無功補償，6kV系統(tǒng)也有動態(tài)無功補償裝置。合理的設(shè)置主變壓器的分接開關(guān)檔位，配合分變電站的動態(tài)無功補償裝置，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)并投入自動運行，同時對變壓器有載調(diào)壓開關(guān)異常問題進行及時處理，公司供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行，電壓達標(biāo)率也將會得到顯著改善。

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