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广东省在运500kV变压器的运行能力

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本文标签:变压器,运行能力

 随着国民经济发展,电网负荷持续、高速增长,电网建设相对滞后,造成电力变压器负荷率居高不下;调度部门按照稳定运行的原则,严格按变压器的运行限额控制负荷。变压器负载能力成为制约电网变电容量限额进一步提高的主要原因,变压器在检修和事故情况下N-1问题十分突出。通过计算统计工作,能够有效的了解广东省在运500kV变压器的运行能力,提高变压器的容量限额,解决负荷增长同电网建设相对滞后的矛盾。

 
  国内外众多研究机构结合自身情况进行了相关方面的研究工作,取得的一定成果。国际电工协会制定了IEC354-1991《浸式电力变压器负载导则》及相应的修订单,规定了油浸式电力变压器超铭牌额定值负载的限制条件、稳态及暂态下的绕组热点温度的计算方法[1]。Furans等依据双体等价回路热模型设计完成了变压器过载能力监测系统[2]。西门子输配电集团基于固体绝缘系统的热力线网络和有限元分析的电场仿真模型设计了一套变压器的热力学模型[3]。
  国内也开展了相关方面的研究工作,并取得了一定的进展。在1994年制定了《油浸式电力变压器负载导则》GB/T 15164-94[4]。有的研究院针对油浸式电力变压器过载状态,对过载所造成的长期危险性、短期危险性进行了分析[5]。文献[6]中认为变压器的过载能力与很多因素有关,主要应从环境温度、负载曲线的填充系数以及最大负荷的持续时间三个方面来考虑。从上述分析可以发现,变压器过负荷能力的研究本质是在环境温度、起始负荷、过载负荷、绕组热点温度、变压器油温等条件一定的情况下,保证变压器本体及附件安全的允许运行时间。本文根据变压器检修和事故情况下N-1问题,结合变压器的设计结构特点,确定合理的变压器运行能力计算边界条件。通过负载模型计算浙江省电网已投运500kV电力变压器的运行能力,并根据计算结果结合电网运行特点,提出500kV电力变压器负载限额。
 
  1 过负荷运行的危险性分析
  变压器负荷包括周期性负荷和短期急救性负荷。短期急救负荷是由于运行系统中发生了一个或多个事故,严重地干扰了系统正常负载的分配,从而使变压器严重地超额定负载,并有可能导致暂时的绝缘强度下降。这种负载持续时间应小于变压器的热时间常数,且与负载增加前的运行温度有关,一般应小于0.5h。短期急救性负载容易导致变压器本体绝缘强度下降或者导致发生变压器故障,进行变压器运行能力的研究时主要针对短期急救性负载。
  当变压器短期急救性负载运行时,变压器主绝缘将加速老化,并且导致相应的危险,变压器过负荷运行的危险如下:
 
  (1)绕组、线夹、引线、绝缘油及绝缘部件的温度将会升高,且达到不可接受的程度;
 
  (2)铁芯漏磁通密度将增加,从而使与此漏磁通相耦合的金属部件由于涡流而异常发热;
 
 
 
  (3)主磁通与增加的漏磁通一起作用,使铁心过励磁能力受到限制;
 
 
 
  (4)套管、分接开关、电流互感器等也将受到较高的热应力,从而使其结构和使用安全裕度受到影响。
 
  (5)变压器油异常膨胀对油枕、呼吸系统及本体压力释放阀的影响。
 
  2 边界条件及计算流程
 
 
 
  2.1 计算的边界条件
 
  本文依据变压器运行的环境温度,提高过负荷能力需求和变压器过负荷运行的危险性,提出过负荷运行的边界条件,包含以下几个方面:
 
 
 
  (1)环境温度:根据广东省全年气温变化情况,确定变压器过负荷能力计算的环境温度边界考虑20℃和40℃。春秋季考虑20℃,迎峰度夏期间考虑40℃。
 
  (2)起始负荷和过负荷要求
 
  在变压器的实际运行中,调度根据N-1要求,一般按照额定容量的75%来控制负荷。但在现有的设备制造技术和工艺水平的条件下,如按照75%来设定起始负荷不尽合理。起始负荷按80%和100%考虑,过负荷按额定容量的1.3、1.5、1.8和2.0倍考虑。
 
 
 
  (3)变压器油温和绕组热点温度要求
 
  为保证变压器过负荷运行时不发生本体绝缘强度下降或者变压器故障,需控制变压器油温和绕组热点温度,分别按100℃和150℃考虑。
 
 
 
  (4)过负荷计算时,同时需考虑当变压器过负荷运行时,出线套管、分接开关和油枕及呼吸系统等附件发生事故或者使用寿命缩短等问题。
 
  在上述条件下,计算变压器油温或绕组热点温度首先达到温度限值的运行时间作为变压器在该边界条件下的允许过负荷时间。
 
  2.2 计算流程
 
 
 
  本文依据过负荷运行的边界条件,按照负载计算模型[4],并考虑附件允许过负荷时间,提出计算流程见图1所示。
 
 
 
 
 
 
 
图1 变压器运行能力计算流程
 
 
 
  3 计算结果分析
 
 
 
  参与过负荷计算的500kV变压器总计133台,分别为常州东芝(TOSHIBA)公司(简称“常州东芝”)、重庆ABB变压器有限公司(简称“重庆ABB”)、天威保变变压器有限公司(简称“保变”)和日本东芝(TOSHIBA)公司(简称“日本东芝”)的产品,分布情况见图2。
 
 
图2 参与计算变压器的按照生产厂家分布情况
 
  依据计算流程,对在运的133台500kV电力变压器进行运行能力计算,并对计算结果进行统计分析。计算结果按生产厂家统计,并以允许过负荷运行时间0min~10min、10min~20min、20min~30min和>30min以上进行对比分析,得到以下结果。
 
  其中常州东芝未进行1.3倍运行能力计算;日本东芝未进行1.8倍、2.0倍运行能力计算。
 
 
 
  (1)20℃、80%起始负荷时的统计结果
 
 
 
  统计结果如图3所示,从图中可以看出:当环境温度20℃,起始负荷80%时,保变的变压器过负荷能力较差;在1.8倍、2.0倍过负荷条件下,厂家的过负荷能力排序为重庆ABB >常州东芝>保变;重庆ABB的变压器在2.0倍过负荷条件下可运行30min以上。
 
 
 
 
 
 
 
(a) 常州东芝
 
 
 
 
 
(b)日本东芝
 
 
 
(c)保变
 
 
 
 
 
(d) 重庆ABB
 
 
 
  图3 20℃、80%起始负荷时的统计结果
 
 
 
  (2)20℃、100%起始负荷时的统计结果
 
  当环境温度20℃,起始负荷100%时,保变的过负荷能力较差;在1.8倍、2.0倍过负荷条件下,厂家过负荷能力排序为重庆ABB >常州东芝>保变;重庆ABB的变压器在2.0倍过负荷条件下可过负荷运行30min以上。
  (3)40℃时的统计结果
 
  当环境温度40℃时,保变的过负荷能力较差;在1.8倍、2.0倍过负荷条件下,厂家过负荷能力排序为重庆ABB >常州东芝>保变;重庆ABB的变压器在1.8倍过负荷条件下可过负荷运行30min以上。
 
  (4)整体过负荷能力的统计结果
 
 
 
(a) 20℃、80%起始负荷
 
 
 
(b) 20℃、100%起始负荷
 
 
 
(c) 40℃、80%起始负荷
 
 
 
(d) 40℃、100%起始负荷
 
  图4 整体运行能力的统计结果
 
  日本东芝未提供1.8、2.0倍过负荷能力计算结果,除日本东芝外的统计结果如图4所示,从图中可以看出:
 
 
 
  (a)当环境温度为20℃,过负荷倍数为1.3倍时,所有变压器都能够过负荷运行30min以上;
 
  (b)当环境温度为20℃时,78%变压器在2.0倍的过负荷条件下,能够连续运行30min以上;
 
 
 
  (c)当环境温度为40℃时,72%变压器在1.8倍的过负荷条件下,能连续运行30min以上。因此按环境温度40℃、起始负荷为100%、1.8倍过负荷和30min允许运行时间来设计和建造变压器不存在技术层面的问题。
 
  5 结论及建议
 
  通过对参与分析的500kV电力变压器过负荷能力的计算与统计分析,可得到以下结论:
 
  (1)变压器过负荷运行时应加强跟踪和监视工作。过负荷运行时不得操作有载开关,力争监视过负荷过程中的变压器油箱、套管接头等部位的温度场分布;对经受过负荷运行的变压器应加强绝缘油色谱跟踪和外观渗漏检查。
 
 
 
  (2)保变的过负荷能力较差;重庆ABB的变压器当环境温度为40℃时,在1.8倍过负荷条件下可过负荷运行30min以上;在1.8倍、2.0倍过负荷条件下,厂家的过负荷能力排序为重庆ABB >常州东芝>保变。
 
 
 
  (3)从统计结果中可以看出:当环境温度为40℃时,72%变压器在1.8倍的过负荷条件下,能连续运行30min以上。按环境温度40℃、起始负荷为100%、1.8倍过负荷和30min允许过负荷时间来设计和建造变压器不存在技术层面的问题。
 
 
 
  (4)提高变压器的过负荷能力,从技术层面考虑,对厂家在设计的科学性上,提出了更严格的要求,特别是在温升、损耗等方面,有利于督促制造厂提高制造质量;对运行单位来说,能够提高变压器并列运行的稳定性,防止变压器过负荷损坏事故的发生。
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