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    空載電力變壓器與并聯(lián)電抗器的無涌流投入無過壓切除

    作者: 來源: 日期:2022/8/31 16:59:47 人氣:1482
    1、概述空載電力變壓器的投入和切除會伴隨有過電流和過電壓產(chǎn)生,這一瞬變過程時間雖然很短,但對變壓器的損害是很大的,例如過電流可使變壓器線圈受到過大的機械力,容易破壞繞組絕緣,過電壓也直接威脅線圈絕緣。近些年來,使用冷軋硅鋼片鐵芯的變壓器越來越多,它的空載電流很小,因而通常也不會產(chǎn)生超過絕緣水平的截流過電壓,但是也不能說所有情況下開斷無載變壓器均不需給予注意,比如煉鋼廠的電爐變壓器,每天需要開合幾十次,這樣,幅值雖不高但次數(shù)很多的過電壓會對設(shè)備的絕緣產(chǎn)生累積效應(yīng),對變壓器的安全運行仍存在威脅。另外,變壓器開合的瞬變過程會在電網(wǎng)中產(chǎn)生高頻諧波干擾,影響其它設(shè)備的安全運行、影響電網(wǎng)的穩(wěn)定。據(jù)權(quán)威資料統(tǒng)計,2001年共有220KV變壓器3048臺,全年發(fā)生故障83次,其中本體故障30次;共有330KV變壓器117臺,全年發(fā)生過1次本體故障;共有500KV變壓器274臺,全年共發(fā)生19次故障,其中9次本體故障。這些本體故障基本上都屬絕緣破壞引起。超高壓變壓器的故障影響面較大,嚴重地影響了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。哈爾濱帕特爾科技公司研制成功的專利技術(shù)——開關(guān)變壓器技術(shù)能很好地解決變壓器空載投切的涌流和過電壓問題,將使我們的供用電質(zhì)量有很大的改善。
    2、變壓器空載合閘時的涌流在正常運行時,變壓器的空載電流為額定電流的3~8%,可是當(dāng)變壓器的付方處于空載狀態(tài)而把原繞組合閘接通電源時,發(fā)生在合閘瞬間的瞬變過程可使原繞組中的激磁電流急劇增長,有時會超過額定電流的好幾倍。設(shè)外加電壓按正弦規(guī)律變化,當(dāng)電壓加到原繞組上時,原繞組中將產(chǎn)生瞬變磁通,此瞬變磁通的大小與合閘時刻有關(guān)。有ф1max=ф0+2фm(1)式中ф1max——瞬變磁通振幅值ф0——變壓器鐵芯中的剩余磁通фm——穩(wěn)態(tài)運行情況下鐵芯磁通振幅值一般變壓器在穩(wěn)態(tài)運行時,主磁通фm已接近飽和,即工作點選擇在磁化持性曲線的拐彎處,在上述最不利的合閘瞬間,瞬變磁通振幅達到2фm以上,鐵芯達到嚴重飽和情況,相應(yīng)的激磁電流也很大,可達到正常穩(wěn)態(tài)激磁電流的幾十倍或額定電流的1.5~4倍以上,持續(xù)時間會長達數(shù)秒鐘之久。在關(guān)合涌流出現(xiàn)的過程中,如果由于過流繼電器保護整定值偏低等原因而使斷路器開斷,則此時出現(xiàn)的截流值會大大超過變壓器穩(wěn)態(tài)無載電流峰值,導(dǎo)致更加危險的過電壓。
    3、切斷空載變壓器的過電壓在切除空載變壓器和感性負載時,有可能在被切除的電器和開關(guān)上產(chǎn)生過電壓。其原因是斷路器的截流。由于截流而留在電感中的磁場能量要轉(zhuǎn)化為電場能量,從而產(chǎn)生了過電壓。圖1是忽略了漏抗之后,變壓器空載運行的單相等值電路,其中LB為激磁電抗,CB為變壓器本身及連接導(dǎo)線之間的電容。在K未斷開前,電路在工頻電壓作用下,開關(guān)中流過的電流i為變壓器空載電流iL與電容CB中電流iC的向量和,因CB很小,可略去iC,即:i=iL+iC=iL(2)如果斷路器在工頻電流自然過零時熄滅電弧,這時電感上電壓UL和電容上電壓UC都恰好是工頻電壓值,熄弧時電感中貯存的磁能為零,電容CB很小貯存的電場能量有限,電容不可能從其它方面得到能量,故電容上電壓值不超過工頻電壓。如果斷路器的開斷時刻不在電流的過零點,這時電感中貯存的磁場能量WL=LBiL2就將全部轉(zhuǎn)變?yōu)镃B中的電場能量,它將對CB充電,使電容的電壓急劇升高(因CB很小)。設(shè)斷路器開斷時iL的瞬時值為i0,電感和電容上的電壓為UL=UC=U0,則,LB和CB中貯存的能量各為:WL=LBi02(3)WC=CBU02(4)當(dāng)全部磁場能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妶瞿芰繒r,電容CB上電壓電大值可由下式求得:LBi02+CBU02=CBU2cmax(5)Ucmax=(6)因CB很小,可略去截流時其中的電場能量,則可得UCmax=i0(7)式中稱為變壓器的特性阻抗,由上式可見,截流瞬間的i0越大,變壓器的激磁電抗LB越大,則Ucmas越大,而CB越小,Ucmas越大。一般情況下i0雖不大,只有幾安到幾十安,但變壓器的特性阻抗很大,達幾萬歐,會造成很高的過電壓。對于三相變壓器,一般的截流過電壓可以通過相間耦合影響到另一相的過電壓,在不利的情況下,如果耦合過來的電壓與原極性相同,則就會產(chǎn)生較高的過電壓。據(jù)統(tǒng)計,在中性點直接接地的電網(wǎng)中,切斷10~220KV空載變壓器時過電壓一般不超過相電壓的3倍;在中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的35~154KV電網(wǎng)中,切斷空載變壓器過電壓一般不超過相電壓的4倍,個別情況有時達7.4倍。
    4、開關(guān)變壓器投切空載變壓器由前面的分析可知:1)空載變壓器合閘時產(chǎn)生涌流的原因是以額定電壓瞬間加到變壓器原繞組上產(chǎn)生瞬變過程。如果我們能以很低的電壓(接近于零)加到原繞組上,再逐漸加大電壓,則可以大限度地限制涌流的產(chǎn)生。2)空載變壓器分閘時產(chǎn)生截流過電壓的原因是有截流現(xiàn)象(iL≠0時熄弧)。如果我們能把iL降低到很?。ń咏?)時再分閘斷路器則可以大限度地減少磁場能量,降低截流過電壓。開關(guān)變壓器技術(shù)可以做到空載變壓器無涌流投入和無過電壓切除。主電路如圖2所示,G1、G2為隔離開關(guān)、K1、K2為斷路器,T為空載變壓器、TK為開關(guān)變壓器,空載變壓器T投入前,G1、G2閉合,、K1、K2斷開。當(dāng)要投入空載變壓器T時,首先起動可編程序控制器PLC來控制可控硅,改變開關(guān)變壓器低壓側(cè)的電壓,使開關(guān)變壓器高壓側(cè)電壓UK等于電源電壓U,這時合上K2,由于空載變壓器原邊電壓UT=U-UK≈0,故不會產(chǎn)生涌流。K2閉合后,PLC調(diào)節(jié)可控硅使UK逐漸下降,當(dāng)UK≈0、UT≈U時,合上K1,因K1兩端電壓很小,不會有大的瞬變情況發(fā)生,然后斷開K2,變壓器空載投入結(jié)束。當(dāng)要切除空載變壓器T時,PLC首先調(diào)節(jié)可控硅使UK≈0,這時合上K2,因K2兩端電壓很小,不會有大的瞬變情況,之后斷開K1、K1兩端電壓很小,也不會有大的瞬變過程。PLC調(diào)節(jié)可控硅使UK逐漸加大,則UT逐漸下降,當(dāng)UK≈U、UT≈0、iL≈0,這時斷開K2,因激磁電流已很小,不會產(chǎn)生截流過電壓,變壓器T空載切除結(jié)束。
    5、開關(guān)變壓器投切并聯(lián)電抗器高壓電網(wǎng)中常裝設(shè)并聯(lián)電抗器以補償線路容性無功功率,并聯(lián)電抗器由斷路器投入及開斷,有時操作幾次,用以調(diào)節(jié)無功功率及電網(wǎng)電壓,在斷路器投入及開斷并聯(lián)電抗器時,會出現(xiàn)截流、電弧復(fù)燃或二者兼而有之。由于并聯(lián)電抗器電感比無載變壓器小很多,恢復(fù)電壓頻率和恢復(fù)電壓上升率比開斷無載變壓器高得多,因此復(fù)燃是比較普遍的現(xiàn)象。當(dāng)復(fù)燃發(fā)生于并聯(lián)電抗器上電壓達到反相值時,在忽略衰減的情況下,過電壓倍數(shù)為3。由于振蕩頻率高,上述過程可在幾微秒長的時間內(nèi)完成,電抗器上的電壓陡度可達1MV/μS,這對電抗器的絕緣構(gòu)成了嚴重的威脅。采用開關(guān)變壓器技術(shù)投切電抗器可以消除過電壓的危害,具體方法同上。
    6、結(jié)語電網(wǎng)中有大量的電力變壓器,它們在投切時的涌流和過電壓不僅會污染電網(wǎng)、影響供電質(zhì)量,也會對變壓器自身造成傷害,采用開變壓器技術(shù)來投切空載電力變壓器可以消除這種危害,顯然是具有很大經(jīng)濟效益的。并聯(lián)電抗器一般用在高壓及超高壓電網(wǎng)中,消除其操作過電壓無疑具有更重要的意義,它對降低系統(tǒng)造價、提高運行電壓水平、提高供電質(zhì)量、提高系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面都具有重要的作用。
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