杜寧寧,于愛(ài)民
(1.華電國(guó)際電力股份有限公司技術(shù)服務(wù)中心,濟(jì)南 250014; 2.華電青島發(fā)電有限公司,山東 青島 265200)
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高壓廠(chǎng)用變壓器突發(fā)短路損壞典型案例分析
杜寧寧1,于愛(ài)民2
(1.華電國(guó)際電力股份有限公司技術(shù)服務(wù)中心,濟(jì)南250014; 2.華電青島發(fā)電有限公司,山東 青島265200)
摘要:某電廠(chǎng)高壓廠(chǎng)用變壓器故障導(dǎo)致機(jī)組跳閘,通過(guò)分析故障錄波曲線(xiàn),確定故障原因?yàn)楦邏簭S(chǎng)用變壓器抗短路能力不足而造成損壞,并從設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行管理等方面提出防范措施,避免類(lèi)似事故的發(fā)生。
關(guān)鍵詞:高壓廠(chǎng)用變壓器;突發(fā)短路故障;抗短路能力;錄波
0引言
高壓廠(chǎng)用變壓器是發(fā)電企業(yè)重要設(shè)備之一,其正常運(yùn)行是發(fā)電企業(yè)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保證,必須最大限度地防止和減少變壓器故障和事故的發(fā)生。近年來(lái),發(fā)生近區(qū)及出口短路故障時(shí),由于變壓器抗短路能力低造成的損壞事故居高不下[1-2],變壓器損壞嚴(yán)重,難以在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)送電,給發(fā)電企業(yè)安全生產(chǎn)造成很大隱患。
1事故經(jīng)過(guò)
某電廠(chǎng)#2高壓脫硫變壓器為三相雙繞組無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓油浸式,型號(hào)為SF9-8000/20,20±2×2.5%/6.3 kV,連接組別號(hào)為DYN1,低壓側(cè)中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地,2008年生產(chǎn)投運(yùn)。高壓脫硫變壓器高壓側(cè)通過(guò)共箱封閉母線(xiàn)取自主變壓器低壓側(cè)。2015年,#2機(jī)組跳閘,發(fā)電機(jī)變壓器組(以下簡(jiǎn)稱(chēng)發(fā)變組)主開(kāi)關(guān)跳閘,發(fā)變組保護(hù)裝置“主變壓器差動(dòng)、發(fā)變組差動(dòng)、高壓脫硫變壓器壓力釋放”報(bào)警發(fā)出,低壓脫硫變壓器高壓側(cè)“過(guò)流速斷保護(hù)”動(dòng)作。#2高壓脫硫變壓器爆炸起火被燒毀,由高壓脫硫變壓器供電的低壓脫硫變壓器高壓側(cè)開(kāi)關(guān)柜出線(xiàn)倉(cāng)A,B,C三相電纜接線(xiàn)端子有放電痕跡,后倉(cāng)門(mén)爆開(kāi),變形嚴(yán)重。
2故障分析
故障發(fā)生后,檢查試驗(yàn)#2發(fā)電機(jī)、#2主變壓器、#2高壓廠(chǎng)用變壓器、#2高壓脫硫變壓器低壓側(cè)6 kV母線(xiàn)、電源進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)、電纜、#2低壓脫硫變壓器本體、高壓側(cè)開(kāi)關(guān)出線(xiàn)倉(cāng)A,B,C三相電纜一次設(shè)備均無(wú)異常。高壓脫硫變壓器高壓側(cè)出線(xiàn)套管損壞,本體損壞嚴(yán)重,封閉母線(xiàn)及共箱母線(xiàn)局部損壞。低壓脫硫變壓器高壓側(cè)開(kāi)關(guān)柜出線(xiàn)倉(cāng)A,B,C三相電纜接線(xiàn)端子有放電痕跡,后倉(cāng)門(mén)爆開(kāi),變形嚴(yán)重。
分析故障錄波曲線(xiàn)(如圖1所示),首出故障為低壓脫硫變壓器開(kāi)關(guān)出線(xiàn)側(cè)A,B,C三相短路,過(guò)流速斷保護(hù)動(dòng)作切除故障,故障切除時(shí)間為130 ms。在保護(hù)啟動(dòng)切除故障118 ms時(shí),#2高壓脫硫變壓器高壓側(cè)發(fā)生三相短路,發(fā)變組差動(dòng)、主變壓器差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作。#2高壓脫硫變壓器低壓側(cè)在6 kV脫硫島內(nèi)低壓脫硫變壓器開(kāi)關(guān)下部三相弧光短路時(shí)最大二次故障電流為30 A,電流互感器(CT)變比為1 500/5,一次電流為9 000 A。高壓脫硫變壓器高壓側(cè)二次故障電流為4 0A,變比為400/5,一次電流為3 200 A。
脫硫島高壓脫硫變壓器的設(shè)計(jì)文件中,脫硫變壓器低壓側(cè)母線(xiàn)三相短路電流為16.492 kA,高壓脫硫變壓器短路電壓百分比設(shè)計(jì)值為6.5%。高壓脫硫變壓器招標(biāo)技術(shù)規(guī)范書(shū)規(guī)定:“變壓器能承受二次側(cè)出口三相金屬性短路沖擊,不少于3次,變壓器不損傷,繞組無(wú)不允許的變形及位移,且可繼續(xù)運(yùn)行(高壓側(cè)系統(tǒng)阻抗為零、電源為無(wú)窮大,電源電壓為1.05倍變壓器額定電壓,變壓器阻抗為最大負(fù)誤差)”。
變壓器阻抗計(jì)算公式為
(1)
式中:UK%為變壓器短路電壓百分比;UN為變壓器額定電壓;SN為變壓器額定容量。
高壓側(cè)電流I1計(jì)算公式為
(2)
圖1 故障錄波曲線(xiàn)
式中:ZT為考慮負(fù)誤差計(jì)算所得變壓器阻抗;ZS為系統(tǒng)阻抗,ZS=0。低壓側(cè)電流為13 159 A。
此次故障電流未超過(guò)變壓器應(yīng)承受的短路故障電流,變壓器承受低壓側(cè)出口三相短路沖擊后,繞組的變形及位移應(yīng)在允許范圍內(nèi),無(wú)損傷,可以繼續(xù)運(yùn)行。此次故障是高壓廠(chǎng)用變壓器低壓側(cè)出口三相短路,變壓器因抗短路能力不足造成嚴(yán)重毀壞的典型案例。
3防范措施
變壓器能否承受各種短路電流與變壓器的設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行管理等方面有很大的關(guān)系。電力企業(yè)在購(gòu)買(mǎi)變壓器時(shí),應(yīng)從制定招標(biāo)技術(shù)規(guī)范書(shū)開(kāi)始對(duì)變壓器加強(qiáng)全過(guò)程技術(shù)監(jiān)督。
(1)變壓器的抗短路設(shè)計(jì)強(qiáng)度決定了抗短路能力,主要決定因素是導(dǎo)線(xiàn)材質(zhì)、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和制造工藝。一些變壓器的抗短路能力不足是先天的,往往在一兩次近區(qū)短路沖擊中便遭到致命損壞。在技術(shù)協(xié)議書(shū)中應(yīng)明確要求提供同型號(hào)變壓器的抗短路能力型式試驗(yàn)報(bào)告,并對(duì)變壓器線(xiàn)圈材質(zhì)、制造工藝等提出具體要求,例如變壓器低壓側(cè)線(xiàn)圈必須使用半硬銅自黏性換位導(dǎo)線(xiàn),其抗短路能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通的紙包單線(xiàn)或組合導(dǎo)線(xiàn),所有繞組內(nèi)部都采用進(jìn)口高密度紙板制作的硬紙板筒做支撐,紙板厚度至少為4 mm[3]。加強(qiáng)制造過(guò)程的工藝管控,尤其在變壓器器身壓緊、線(xiàn)圈繞緊、套裝撐緊、引線(xiàn)夾持、線(xiàn)圈出頭綁扎、變壓器出廠(chǎng)試驗(yàn)及變壓器繞組頻響試驗(yàn)等重要環(huán)節(jié),應(yīng)駐廠(chǎng)監(jiān)造。
(2)繼電保護(hù)的靈敏性和可靠性是預(yù)防變壓器突發(fā)短路損壞的第2道防線(xiàn)。GB 1094.5—2008《電力變壓器 第5部分:承受短路的能力》規(guī)定[4]:“承受短路能力的驗(yàn)證試驗(yàn)應(yīng)在被試相的電流達(dá)到最大非對(duì)稱(chēng)值時(shí)進(jìn)行。每相試驗(yàn)次數(shù)為3次,每次試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間為0.25 s?!边@是基于短路試驗(yàn)設(shè)備的能力,說(shuō)明繞組承受短路能力是有限的。變壓器發(fā)生出口短路時(shí),繼電保護(hù)應(yīng)正確動(dòng)作,在少于0.25 s內(nèi)切斷電源,以此避免變壓器繞組變形甚至損壞。
(3)在日常運(yùn)行管理中,應(yīng)加強(qiáng)變壓器低壓側(cè)設(shè)備的運(yùn)行管理,減少外部短路對(duì)變壓器的沖擊。例如選用可靠性高的高壓開(kāi)關(guān)柜,柜內(nèi)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、絕緣材料性能應(yīng)符合《防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求》;加強(qiáng)對(duì)低壓母線(xiàn)及其所有連接設(shè)備的維護(hù)管理;加強(qiáng)開(kāi)關(guān)柜配電室環(huán)境的通風(fēng)、防潮治理,防止凝露導(dǎo)致絕緣事故;定期開(kāi)展超聲波局部放電檢測(cè)、暫態(tài)地電壓檢測(cè),及早發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)柜內(nèi)絕緣缺陷,防止演變成短路故障[5]。
(4)應(yīng)避免電力變壓器在經(jīng)歷出口短路后未經(jīng)任何試驗(yàn)和檢查就試投。在運(yùn)行中遭受短路電流沖擊跳閘的電力變壓器應(yīng)進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)檢查和繞組變形測(cè)試。繞組變形測(cè)試對(duì)電力變壓器受到短路沖擊后能否繼續(xù)運(yùn)行提供了重要判斷手段。經(jīng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題的電力變壓器應(yīng)通過(guò)吊罩檢查和其他試驗(yàn)進(jìn)行綜合判斷,注意跟蹤檢查和修理,防止變形積累演變成絕緣事故。
4結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)分析一起高壓廠(chǎng)用變壓器突發(fā)短路故障損壞的典型案例可知,發(fā)電企業(yè)應(yīng)高度重視高壓廠(chǎng)用變壓器的抗短路能力,應(yīng)從設(shè)備訂貨、設(shè)備監(jiān)造、運(yùn)行管理、保護(hù)設(shè)置、事故處理等進(jìn)行全過(guò)程技術(shù)監(jiān)督,保證高壓廠(chǎng)用變壓器的抗短路能力滿(mǎn)足實(shí)際需要,減少因高壓廠(chǎng)用變壓器近區(qū)短路故障造成的設(shè)備損壞事故。
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(本文責(zé)編:弋洋)
收稿日期:2016-02-18;修回日期:2016-02-28
中圖分類(lèi)號(hào):TM 407
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B
文章編號(hào):1674-1951(2016)03-0058-03
作者簡(jiǎn)介:
杜寧寧(1973—),女,山東萊陽(yáng)人,高級(jí)工程師,工學(xué)碩士,從事發(fā)電廠(chǎng)電氣技術(shù)管理方面的工作(E-mail:2585652014@qq.com)。
于愛(ài)民(1970—),女,山東泰安人,高級(jí)工程師,從事發(fā)電廠(chǎng)電氣技術(shù)管理方面的工作。