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      空載電力變壓器與并聯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:342
      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,幅值雖不高但次數很多的過電壓會對設備的絕緣產生累積效應,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中產生高頻諧波干擾,影響其它設備的安全運行、影響電網的穩定。據權威資料統計,2001年共有220KV變壓器3048臺,全年發生故障83次,其中本體故障30次;共有330KV變壓器117臺,全年發生過1次本體故障;共有500KV變壓器274臺,全年共發生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,嚴重地影響了電網的安全穩定運行。哈爾濱帕特爾科技公司研制成功的專利技術——開關變壓器技術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%,可是當變壓器的付方處于空載狀態而把原繞組合閘接通電源時,發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。設外加電壓按正弦規律變化,當電壓加到原繞組上時,原繞組中將產生瞬變磁通,此瞬變磁通的大小與合閘時刻有關。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——穩態運行情況下鐵芯磁通振幅值一般變壓器在穩態運行時,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,相應的激磁電流也很大,可達到正常穩態激磁電流的幾十倍或額定電流的1.5~4倍以上,持續時間會長達數秒鐘之久。在關合涌流出現的過程中,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,則此時出現的截流值會大大超過變壓器穩態無載電流峰值,導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上產生過電壓。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化為電場能量,從而產生了過電壓。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線之間的電容。在K未斷開前,電路在工頻電壓作用下,開關中流過的電流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就將全部轉變為CB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?。?。設斷路器開斷時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)當全部磁場能量轉變為電場能量時,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,則就會產生較高的過電壓。據統計,在中性點直接接地的電網中,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消弧線圈接地的35~154KV電網中,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生涌流的原因是以額定電壓瞬間加到變壓器原繞組上產生瞬變過程。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生。2)空載變壓器分閘時產生截流過電壓的原因是有截流現象(iL≠0時熄?。?。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。開關變壓器技術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、K1、K2為斷路器,T為空載變壓器、TK為開關變壓器,空載變壓器T投入前,G1、G2閉合,、K1、K2斷開。當要投入空載變壓器T時,首先起動可編程序控制器PLC來控制可控硅,改變開關變壓器低壓側的電壓,使開關變壓器高壓側電壓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,故不會產生涌流。K2閉合后,PLC調節可控硅使UK逐漸下降,當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生,然后斷開K2,變壓器空載投入結束。當要切除空載變壓器T時,PLC首先調節可控硅使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調節可控硅使UK逐漸加大,則UT逐漸下降,當UK≈U、UT≈0、iL≈0,這時斷開K2,因激磁電流已很小,不會產生截流過電壓,變壓器T空載切除結束。
      5、開關變壓器投切并聯電抗器高壓電網中常裝設并聯電抗器以補償線路容性無功功率,并聯電抗器由斷路器投入及開斷,有時操作幾次,用以調節無功功率及電網電壓,在斷路器投入及開斷并聯電抗器時,會出現截流、電弧復燃或二者兼而有之。由于并聯電抗器電感比無載變壓器小很多,恢復電壓頻率和恢復電壓上升率比開斷無載變壓器高得多,因此復燃是比較普遍的現象。當復燃發生于并聯電抗器上電壓達到反相值時,在忽略衰減的情況下,過電壓倍數為3。由于振蕩頻率高,上述過程可在幾微秒長的時間內完成,電抗器上的電壓陡度可達1MV/μS,這對電抗器的絕緣構成了嚴重的威脅。采用開關變壓器技術投切電抗器可以消除過電壓的危害,具體方法同上。
      6、結語電網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、影響供電質量,也會對變壓器自身造成傷害,采用開變壓器技術來投切空載電力變壓器可以消除這種危害,顯然是具有很大經濟效益的。并聯電抗器一般用在高壓及超高壓電網中,消除其操作過電壓無疑具有更重要的意義,它對降低系統造價、提高運行電壓水平、提高供電質量、提高系統穩定性等方面都具有重要的作用。
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