油浸电力变压器安全运行的评估

[摘要]从油浸电力变压器安全运行角度，阐述了变压器的允许运行方式，三相负荷平衡和供电电压允许波动值以及变压器在运行过程中巡视检查应注意的问题。 
[关键词]油浸电力变压器 运行安全
    要使到油浸电力变压器的安全运行，运行管理人员必须掌握有关变压器运行的技术条件及基本参数和运行中需巡视检查的内容。对在运行中的变压器进行安全评估，以便及时发现和消除绝缘缺陷及事故隐患。 
    1.变压器的允许温度和温升 
    1.1允许运行温度在变压器运行中，电能在铁芯和绕组中的损耗转变为热能，引起各部位发热，使变压器油温升高，当热量向周围辐射传导、发热和散热达到平衡状态时，各部位的温度趋于稳定。变压器运行时，其内部各部分的温度是不同的，其中，绕组的温度高，其次是铁芯，绝缘油的温度低。为了便于监视运行中变压器各部分温度的情况，规定以上层油温来确定变压器运行中的允许温度。采用A级绝缘的变压器(我国电力变压器大部分采用A级绝缘)在正常运行中，当周围空气温度高为40℃时，变压器绕组的极限工作温度为105℃。由于绕组的平均温度比油温高10℃，同时为了防止油质劣化，所以规定变压器上层油温高不得过95℃。而若变压器的温度长时间过允许值，则变压器的绝缘容易损坏。因为绝缘材料长期受热后要老化，温度越高，绝缘老化越快。当绝缘老化到一定程度时，在运行的震动和电动力的作用下，绝缘容易破坏，且易发生电气击穿而造成故障，因此变压器必须在其允许的温度范围内运行，以保证变压器合理的使用寿命。 
    1.2温升变压器温度与周围空气温度的差值叫变压器的温升。对变压器在额定负荷时各部分的温升作出的规定为允许温升。对A级绝缘的变压器，当周围高温度为40℃时，标准规定绕组的温升为65℃，上层油温的允许温升为55℃，只要上层油温及其温升不过规定值，就能保证变压器在规定的使用年限内安全运行。 
    2.变压器的过负荷能力变压器的过负荷能力，是指在较短的时间内，所能输出的大容量。在不损害变压器绝缘和不缩短变压器使用寿命的前提下，它可大于变压器的额定容量。因此，变压器的额定容量和过负荷能力具有不同的意义。变压器在运行中，负荷电流过了铭牌上所规定额定电流值时，就是处于过负荷运行。这其中包括正常过负荷运行和事故过负荷运行。在一般情况下，长时间过负荷运行是不允许的。因为变压器过负荷运行会造成温度增高，决定变压器使用寿命的主要因素是绝缘的老化程度，而温度增高对绝缘性能则起着决定性的作用。 
    2.1变压器的正常过负荷运行变压器在正常运行时过负荷，这是因为变压器在一昼夜内的负荷是不断变化的，有时是高峰有时是低谷。在低谷时变压器在较低的温度下运行，当日负荷率小于1时，则高峰期间，变压器的允许过负荷倍数和允许持续时间可由如图曲线来确定，如果事先不知道负荷率，也可以依据过负荷前上层油的温升，参照表1规定的数值，确定允许过负荷倍数和允许的持续时间。 
 

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    过负荷时间(小时) 负荷率K<1时允许的过负荷曲线
    表1自然冷却或风冷却油浸式电力变压器的过负荷允许时间(h:min) 

过负荷倍数	过负荷前上层油的温升(0C)
						8
1.05	5:50	5:25	4:50	4:00	3:00	1:30
1.10	3:50	3:25	2:50	2:10	1:25	0:10
1.15	2:50	2:25	1:50	1:20	0:35
1.20	2:50	1:40	1:15	0:45
1.25	1:35	1:15	0:50	0:25
1.30	1:10	0:50	0:30
1.35	0:55	0:35	0:15
1.40	0:40	0:25
1.45	0:25	0:10
1.50	0:15

    2.2变压器的事故过负荷运行当发生事故时，为保证对主要用电设备的连续供电及迅速消除事故，变压器允许短时间过负荷的能力，称为事故过负荷能力。变压器事故过负荷，除了保证变压器的安全运行外，同时还要以不损害变压器的正常使用寿命为前提。为此制定了规范标准(GB1094－79)规定了变压器的过负荷能力。对油浸式变压器在特殊情况下，允许短时间过额定电流值的负荷运行，但不得过表2的规定：表2自然冷却油浸变压器允许的事故过负荷能力 

过负荷倍数				5	2.00
允许持续时间(min)	120	80	45	20	10

    对油浸风冷的变压器，当冷却系统发生事故切除全部风扇时，允许带额定负荷运行，但允许时间不得过表3的规定。表3油浸风冷风扇切除后，带额定负荷的允许时间(min) 

空气温度(0C)	-
额定负荷下允许运行的长时间	60	40	16	10	6	4

    3.变压器运行的三相负荷平衡在变压器允许运行方式中，对Y/Y0－12接线的变压器，要特别注意控制二次侧三相负荷的对称性，这种接线的变压器通常所带的负荷为动力和照明混合负荷。在这样的配电网中既有三相负荷，又有单相照明负荷混入，极易出现三相负荷不平衡现象。当三相负荷不平衡时，在低压绕组内便会有零序电流出现。零序电流将产生零序磁通，零序磁通感应的零序电动势叠加到各相的电压上，导致三相电压的中性点位移，于是负荷重的一相电压将会下降，而负荷轻的相电压则升高。用电设备的安全受到威胁，不利于安全用电。零序磁通的大小决定于零序电流，因此，为了安全可靠地供电，规程规定Y/Y0－12接线的变压器的二次侧三相负荷尽可能分配平衡，中性线电流不可能过低压绕组额定电流的25%。 
    4.供电电压允许波动值变压器运行时，由于系统运行方式的改变及负荷的变化，电网电压会有一定的波动。当电网电压小于变压器额定电压时，对于变压器本身没有什么损害，只是降低了一些出力。当然也不能太低，这主要是由于用电设备对供电电压有一定的要求。但当电网电压高于变压器额定电压时，则对变压器运行将产生不良影响。当变压器电源电压高于额定电压值时，变压器的激磁电流增加，造成变压器铁芯损耗加大而过热，无功功率也随之增加，变压器实际出力下降。当激磁电流剧增时，磁通密度增大，磁路饱和致使一、二次绕组电势波形发生严重的畸变，电压波形中的高次谐波值也大大地增加。这将引起供电电流波形也畸变，增加电机和线路的附加损耗，同时在系统中造成谐波共振现象，并导致过电压，对变压器及其他电气设备的绝缘有一定的损害。为此，规程规定，变压器的电源电压一般不过额定值的±5%。 
    5.变压器的巡视检查运行中的变压器，由于受到电磁振动，机械磨损，化学作用，大气腐蚀，电腐蚀以及外部短路、过电压等现象会出现故障。一般可分为电路故障和磁路故障。电路故障常见的有线圈的绝缘老化、受潮、分接开关接触不良、材质及制作工艺不良，过电压冲击或负荷侧短路引起的故障等。
    磁路故障常见的有硅钢片短路，穿芯螺丝及轭铁夹件与铁芯间的绝缘损坏以及铁芯接地不良引起放电等。因此，运行中的变压器要定期进行巡视检查，在巡查中应注意以下问题： 
    (1)声音是否正常。正常运行的变压器发出的是均匀的“嗡嗡声”； 
    (2)检查变压器有无漏油、渗油现象，油的颜色和油位是否正常。新变压器油呈浅黄色，运行后的呈浅红色； 
    (3)变压器的电流、电压、温度是否过允许值，三相负荷是否平衡； 
    (4)变压器的绝缘套管是否清洁，有无破损裂纹和放电痕迹； 
    (5)变压器接地是否良好，一二次引线及各接触点是否紧固而不过热，各部分的电气距离是否符合安全要求。在巡视检查过程中，一般可以通过仪表、保护装置及各种指示信号等设备，了解变压器的运行情况。同时还要依靠运行管理人员和运行值班人员的各种感官去观察、监测。根据实践经验随时发现仪表所不能反映的问题。如运行的环境变化，变压器声响的异常等。即使是仪表、装置反映的情况，也需要通过检查、分析，才能对变压器的运行安全作出评估。当发现变压器有绝缘缺陷和故障隐患时，应及时处理。力争把故障消除在萌芽状态。如不及时处理，将使正常供电中断，并可能造成人身伤亡和设备、设施的毁坏，造成更大的损失。因此，为了做好变压器运行的安全工作，除了掌握和了解变压器运行中的基本性能外，还必须严格执行及遵守各项规章制度，定期对运行中的变压器按有关规程监测、控制安全运行参数，从而确保变压器的安全运行。