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        極寒地區(qū)220 kV變壓器振動(dòng)測(cè)試與分析

        2013-03-05 08:00:18王鳳良府冬明許志銘金軼風(fēng)
        黑龍江電力 2013年2期
        關(guān)鍵詞:器身漠河中壓

        王鳳良,府冬明,許志銘,張 楚,金軼風(fēng)

        (1.黑龍江省電力科學(xué)研究院,哈爾濱150030;2.廣東省電力科學(xué)研究院,廣州510080)

        大型變壓器設(shè)備的安全和穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)保證電網(wǎng)的安全具有重要意義。國(guó)家電網(wǎng)公司對(duì)110 kV以上電壓等級(jí)電力變壓器的事故統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn),運(yùn)行時(shí)間小于15 a就發(fā)生損壞事故的電力變壓器臺(tái)次占發(fā)生損壞事故的電力變壓器統(tǒng)計(jì)總臺(tái)次的78.8%,繞組損壞和鐵心問(wèn)題則分別占37.5%和21.7%[1]。由于這些設(shè)備在交接試驗(yàn)和運(yùn)行中的振動(dòng)特性并沒(méi)有統(tǒng)一的考核標(biāo)準(zhǔn),中國(guó)目前對(duì)大型變壓器的振動(dòng)測(cè)試開(kāi)展的工作不多,通過(guò)振動(dòng)對(duì)其進(jìn)行輔助故障診斷方面的工作則更少[2]。因此,為了積極開(kāi)展變壓器繞組及鐵心狀況的診斷工作,及時(shí)發(fā)現(xiàn)有故障隱患的變壓器,本文分析了變壓器高壓側(cè)、中壓側(cè)和低壓側(cè)三相繞組中部器身振動(dòng)隨繞組電流與當(dāng)?shù)貧鉁氐淖兓闆r,提出了變壓器器身振動(dòng)的測(cè)試系統(tǒng)與測(cè)試方案,并對(duì)變壓器器身振動(dòng)測(cè)試進(jìn)行了分析,以利于延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命,預(yù)防變壓器突變事故的發(fā)生。

        1 試驗(yàn)220 kV變壓器的主要技術(shù)參數(shù)

        試驗(yàn)的大型變壓器設(shè)備選擇在大興安嶺電業(yè)局220 kV漠河一次變電站,試驗(yàn)設(shè)備為該變電站的220 kV變壓器,生產(chǎn)廠家為特變電工沈陽(yáng)變壓器有限公司,于2010年8月25日開(kāi)始投產(chǎn)。大興安嶺電業(yè)局漠河一次變220 kV主變?yōu)槿唷L(fēng)冷、三繞組、有載調(diào)壓變壓器,主要參數(shù)如表1、表2和表3所示。主變220 kV側(cè)調(diào)壓范圍為±8×1.25%,共17級(jí),標(biāo)準(zhǔn)分接頭在9級(jí)。正常運(yùn)行方式下220 kV、66 kV母線電壓允許變動(dòng)范圍為系統(tǒng)額定電壓的-3% ~7%,10 kV母線電壓允許變動(dòng)范圍為系統(tǒng)額定電壓為0%~7%。

        表1 大興安嶺電業(yè)局漠河一次變220 kV主變技術(shù)參數(shù)

        表2 大興安嶺電業(yè)局漠河一次變220 kV側(cè)高壓套管技術(shù)參數(shù)

        表3 大興安嶺電業(yè)局漠河一次變66 kV側(cè)高壓套管技術(shù)參數(shù)

        2 變壓器器身振動(dòng)的機(jī)理

        電力變壓器器身振動(dòng)是由電力變壓器本體(即鐵心、繞組及冷卻裝置)的振動(dòng)所引起的。本體的振動(dòng)主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面[3]:

        1)硅鋼片的磁致伸縮所引起的鐵心周期性振動(dòng)。

        2)硅鋼片接縫處和疊片之間因漏磁而產(chǎn)生的電磁吸引力所引起的鐵心振動(dòng)。

        3)繞組中負(fù)載電流產(chǎn)生的繞組匝間電動(dòng)力所引起的振動(dòng),漏磁所引起的油箱壁振動(dòng)。

        據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì),主要的振動(dòng)來(lái)源來(lái)自磁致伸縮和繞組匝間電動(dòng)力引起的振動(dòng)。

        電力變壓器本體振動(dòng)通過(guò)鐵心墊腳和絕緣油傳遞給油箱壁,使油箱壁產(chǎn)生振動(dòng),以聲波的形式均勻地向四周輻射。冷卻裝置自身產(chǎn)生的振動(dòng)與噪聲是通過(guò)接頭等裝置將振動(dòng)傳遞給油箱壁。由于電力變壓器鐵心及繞組本身的在線監(jiān)測(cè)不能實(shí)現(xiàn),而電力變壓器器身表面的振動(dòng)又與電力變壓器繞組、鐵心的壓緊狀況、位移及變形狀態(tài)密切相關(guān),因此可以通過(guò)測(cè)量電力變壓器的振動(dòng)來(lái)反映繞組和鐵心的振動(dòng)情況。

        因?yàn)榇胖律炜s的變化周期是工頻電源周期的1/2,所以磁致伸縮引起的電力變壓器本體的振動(dòng)與噪聲以2倍電源頻率為基頻(即頻率為100 Hz左右)。然而,鐵心的磁滯損耗、渦流損耗、沿鐵心內(nèi)框和外框的磁路長(zhǎng)度不同,同時(shí)硅鋼片磁致伸縮率與磁感應(yīng)強(qiáng)度具有非線性關(guān)系,導(dǎo)致磁通出現(xiàn)較為明顯的畸變(即明顯地偏離了正弦形狀),出現(xiàn)了高次諧波的磁通分量。另外,繞組內(nèi)電流的畸變也將導(dǎo)致匝間振動(dòng)力出現(xiàn)高頻分量,但電流的畸變程度比磁通的畸變程度低,故繞組引起的附加振動(dòng)比磁致伸縮在頻率上要低一些。

        電力變壓器鐵心振動(dòng)與噪聲的頻率范圍通常在100~1 000 Hz,不同容量的電力變壓器,整體結(jié)構(gòu)不同,其箱體的振動(dòng)與噪聲頻譜也不相同。而根據(jù)文獻(xiàn)[4]的統(tǒng)計(jì),不同型號(hào)的變壓器其油箱表面振動(dòng)的頻譜信號(hào)及各頻譜對(duì)應(yīng)的幅值差異明顯,可初步判斷不同型號(hào)的變壓器的振動(dòng)信號(hào)沒(méi)有可比性;對(duì)于相同型號(hào)的變壓器,在同一位置處振動(dòng)信號(hào)的頻譜分布特征與對(duì)應(yīng)幅值相差不大。因此,在缺乏歷史數(shù)據(jù)的情況下,可對(duì)同型號(hào)的電力變壓器的振動(dòng)信號(hào)按負(fù)載電流的平方歸一化處理后進(jìn)行比較分析,從而判斷各自的繞組及鐵心的壓緊情況。電力變壓器運(yùn)行工況沒(méi)有變化時(shí),振動(dòng)幅值的當(dāng)前數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)相比相差在10% ~20%,則認(rèn)為電力變壓器可能存在故障隱患,需密切注意其運(yùn)行;若這一變化比率大于20%,則認(rèn)為可能發(fā)生了嚴(yán)重故障,建議停運(yùn)檢修[5]。

        3 變壓器器身振動(dòng)的測(cè)試系統(tǒng)與測(cè)試方案

        本文涉及的變壓器器身振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)由信號(hào)采集部分與后臺(tái)處理部分組成。通過(guò)振動(dòng)傳感器采集變壓器器身的振動(dòng)信號(hào),經(jīng)過(guò)采集儀對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理后形成數(shù)字信號(hào),由計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)和分析。由于加速度傳感器體積小、重量輕、穩(wěn)定性高,工作頻率范圍寬,適用于在強(qiáng)磁場(chǎng)工作環(huán)境下進(jìn)行測(cè)量,所以本文在對(duì)器身的振動(dòng)測(cè)量中選用了加速度傳感器。為了盡量保證振動(dòng)測(cè)試的準(zhǔn)確性,保證傳感器的“浮地”連接,采用特殊絕緣材料將傳感器粘結(jié)在變壓器器身上進(jìn)行振動(dòng)信號(hào)采集;為了保證傳輸導(dǎo)線的有效屏蔽,在導(dǎo)線接頭處用絕緣膠帶進(jìn)行纏繞,使傳輸導(dǎo)線“浮地”。

        220 kV變壓器器身振動(dòng)測(cè)試方案:

        1)利用加速度傳感器測(cè)取220 kV變壓器工作狀態(tài)下高壓側(cè)三相A、B、C繞組、中壓側(cè)三相Am、Bm、Cm繞組以及低壓側(cè)三相a、b、c繞組線圈中部的振動(dòng)情況,并結(jié)合三相電流的變化情況與當(dāng)?shù)貧鉁氐淖兓闆r進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試分析。

        2)將極寒地區(qū)的該型號(hào)220 kV變壓器振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析整理,作為指紋留用,并結(jié)合負(fù)載電流的變化情況對(duì)極寒地區(qū)該型號(hào)變壓器進(jìn)行輔助故障診斷。

        4 變壓器器身振動(dòng)測(cè)試分析

        經(jīng)過(guò)對(duì)極寒地區(qū)220 kV變壓器高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)三相繞組線圈中部振動(dòng)水平的連續(xù)監(jiān)測(cè),各繞組電流的變化趨勢(shì)、當(dāng)?shù)貧鉁卦跍y(cè)試過(guò)程中的變化趨勢(shì)、振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)趨勢(shì)如圖1—圖6所示。

        圖1 高壓側(cè)A、B、C三相電流與氣溫隨時(shí)間的變化趨勢(shì)

        圖2 高壓側(cè)A、B、C相繞組中部處的振動(dòng)趨勢(shì)

        圖3 中壓側(cè)Am、Bm、Cm三相電流與氣溫隨時(shí)間的變化趨勢(shì)

        圖4 中壓側(cè)Am、Bm、Cm相繞組中部處的振動(dòng)趨勢(shì)

        圖5 低壓側(cè)a、b、c三相電流與氣溫隨時(shí)間的變化趨勢(shì)

        圖6 低壓側(cè)a、b、c相繞組中部處的振動(dòng)趨勢(shì)

        通過(guò)對(duì)高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)三相繞組中部的振動(dòng)測(cè)試,得到本次振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)的分析結(jié)果如下:

        1)漠河220 kV變壓器高壓側(cè)A、B、C三相繞組中部振動(dòng)趨勢(shì)與繞組電流的變化趨勢(shì)相一致。

        2)漠河220 kV變壓器高壓側(cè)三相(A、B、C)繞組、中壓側(cè)三相(Am、Bm、Cm)繞組以及低壓側(cè)三相(a、b、c)繞組中部振動(dòng)趨勢(shì)隨溫度的變化趨勢(shì)不明顯。

        3)漠河220 kV變壓器中壓側(cè)三相(Am、Bm、Cm)繞組及低壓側(cè)三相(a、b、c)繞組中部振動(dòng)隨繞組電流的變化趨勢(shì)不明顯。

        5 結(jié)論

        1)漠河220 kV變壓器振動(dòng)測(cè)試積累了極寒地帶運(yùn)行良好的變壓器器身振動(dòng)情況的指紋數(shù)據(jù),為進(jìn)一步開(kāi)展變壓器振動(dòng)測(cè)試工作奠定了基礎(chǔ)。

        2)變壓器振動(dòng)測(cè)試時(shí)沒(méi)有形成標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)點(diǎn)位置,沒(méi)有有效解決變壓器冷卻系統(tǒng)的干擾等問(wèn)題。

        3)將振動(dòng)分析方法應(yīng)用于變壓器故障診斷已經(jīng)成為變壓器故障診斷的有效手段。為了滿足變電站的特殊性,可建立變壓器振動(dòng)故障診斷中心,從在線監(jiān)測(cè)的變壓器器身的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析,進(jìn)而判斷變壓器故障征兆,為變壓器狀態(tài)檢修提供依據(jù)。

        [1] 馬宏彬,何金良,陳青恒.500 kV單相電力變壓器的振動(dòng)與噪聲波形分析[J].高電壓技術(shù),2008,34(8):1599 -1604.

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