石國棟

（國網(wǎng)山東省電力公司冠縣供電公司，山東聊城，252500）

0 前言

對(duì)于變壓器來講，在實(shí)際運(yùn)作中需要發(fā)揮其重瓦斯保護(hù)性能，通過控制內(nèi)部短路阻抗值，來達(dá)到對(duì)重瓦斯保護(hù)的目標(biāo)。變壓器內(nèi)部故障將對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)造成嚴(yán)重威脅，系統(tǒng)運(yùn)行過程中，大多數(shù)重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作都與變壓器短路故障有關(guān)，不利于變壓器重瓦斯保護(hù)功能的正常發(fā)揮。而通過合理調(diào)整變壓器短路阻抗值，可有效避免短路電流對(duì)重瓦斯保護(hù)的影響，是提高變壓器運(yùn)行穩(wěn)定性的重要途徑。

1 重瓦斯保護(hù)動(dòng)作原因分析

當(dāng)變壓器部分路段出現(xiàn)大電流短路狀況時(shí)，則經(jīng)過變壓器的電流將超過系統(tǒng)額定電流，由于短路電流值較大，對(duì)變壓器正常運(yùn)行有不利影響，主要體現(xiàn)在變壓器負(fù)載消耗隨著內(nèi)部電流的增加而成倍數(shù)增長，相較于穩(wěn)定運(yùn)行下的變壓器裝置而言，負(fù)載損耗顯著，大量電能向熱能轉(zhuǎn)換，這種情況變壓器系統(tǒng)將產(chǎn)生大量的瞬時(shí)熱量。變壓器內(nèi)部油受熱后膨脹并流向油枕，如果油流速逐漸增大達(dá)到重瓦斯保護(hù)整定值后，在變壓器會(huì)發(fā)生保護(hù)動(dòng)作。以上闡述說明了變壓器重瓦斯保護(hù)動(dòng)作發(fā)生原理，而當(dāng)變壓器內(nèi)部短路電流較大時(shí)，則容易造成重瓦斯誤保護(hù)操作，這時(shí)需要借助短路阻抗作用，旨在避免短路電流過大對(duì)變壓器運(yùn)行帶來的不利影響。

2 變壓器短路時(shí)油流速度表達(dá)式

變壓器對(duì)重瓦斯保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)主要與其內(nèi)部油流速有關(guān)，因此，本文在研究變壓器內(nèi)部短路阻抗與重瓦斯保護(hù)間聯(lián)系時(shí)，主要針對(duì)變壓器短路故障時(shí)的油流速計(jì)算公式展開討論。變壓器內(nèi)部短路瞬間產(chǎn)生的熱量主要聚集在繞組附近，將造成油升溫，短路故障時(shí)間不長，使得變壓器外部周圍的油熱量吸收較少，不影響變壓器裝置的散熱功能，這種情況下，變壓器負(fù)載功率遠(yuǎn)超過變壓器散熱產(chǎn)生的功率。因此，在分析短路電流對(duì)油流速的影響時(shí)，可忽略系統(tǒng)散熱功率對(duì)其的影響。假定系統(tǒng)繼電器內(nèi)的油流為U，變壓器油的流通管道橫截面積是S，當(dāng)變壓器內(nèi)部短路時(shí)，設(shè)負(fù)載損耗是P，內(nèi)部油的膨脹系數(shù)為γ，油密度為ρ，比熱容為C。實(shí)際計(jì)算時(shí)，需要計(jì)算變壓器短路時(shí)油受熱后的體積膨脹值、產(chǎn)生的損耗及熱量，以及這些變量與短路時(shí)間的關(guān)系。油流速表達(dá)式為：U=Pγ/ρCS。

從上述表達(dá)式可知，與短路狀況下變壓器油流速度有關(guān)的因素包括油流通線路的橫截面積、負(fù)載損耗功率、油密度、油熱膨脹系數(shù)以及比熱容等變量因子，為了發(fā)揮變壓器短路阻抗在重瓦斯保護(hù)上的有效作用，在設(shè)置短路阻抗值時(shí)，要充分考慮上述因素的影響，從而做到對(duì)油流速的合理控制[1]。對(duì)于110kV變壓器來說，通常采取直徑為80mm的氣體繼電器，油流經(jīng)繼電器頭通路的橫截面積為0.005m2，將相關(guān)參數(shù)帶入上式中，可得到油流速表達(dá)式為U=8.16P ×1 0-5。在已知表達(dá)式的條件下，可確保變壓器內(nèi)部短路阻抗值的有效設(shè)定，有利于提高變壓器重瓦斯保護(hù)性能，為變壓器可靠運(yùn)行提供保障。

3 變壓器短路阻抗對(duì)重瓦斯保護(hù)的影響

■3.1 重瓦斯保護(hù)

變壓器運(yùn)行過程中需要借助瓦斯保護(hù)裝置的作用，當(dāng)裝置內(nèi)繞組出現(xiàn)短路故障時(shí)，變壓器內(nèi)部溫度明顯升高并產(chǎn)生甲烷氣體，其中變壓器內(nèi)部構(gòu)件繼電器將包含大量甲烷，在該氣體影響下將驅(qū)動(dòng)繼電器開始運(yùn)行，隨著氣體增加，瓦斯保護(hù)裝置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，這種保護(hù)誤動(dòng)作的產(chǎn)生將明顯增加變壓器故障出現(xiàn)概率。在變壓器由于短路電流過大而觸發(fā)保護(hù)裝置的情況下，需要重點(diǎn)控制短路電流值來解決保護(hù)裝置誤動(dòng)作問題，當(dāng)甲烷氣體揮發(fā)速度較快時(shí)，將促使油流速發(fā)生改變，同時(shí)變壓器油自身將出現(xiàn)熱膨脹現(xiàn)象，是需要關(guān)注的問題。另外，變壓器運(yùn)行過程中，如果油面在氣體作用下呈現(xiàn)下降趨勢，則無法保證預(yù)警信息及時(shí)傳遞到系統(tǒng)主站，容易對(duì)變壓器系統(tǒng)造成較大危害。在實(shí)際運(yùn)用變壓器保護(hù)裝置時(shí)，應(yīng)保障繼電器信息快速傳達(dá)至瓦斯保護(hù)裝置中，進(jìn)一步為技術(shù)維修人員提供預(yù)警信息，并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行變壓器內(nèi)部檢測及維修，真正做到對(duì)故障問題的高效處理，為變壓器重瓦斯保護(hù)功能的實(shí)現(xiàn)加以保障。

■3.2 瓦斯保護(hù)安裝過程

在進(jìn)行瓦斯保護(hù)裝置安裝時(shí)，需要嚴(yán)格按照施工規(guī)范有序開展安裝操作，以便最大程度發(fā)揮保護(hù)裝置在變壓器安全運(yùn)行上的保護(hù)作用。具體安裝過程中，要確保重要部件的正常作業(yè)以及信號(hào)動(dòng)作的精準(zhǔn)性，在基礎(chǔ)性工作完成的情況下可再次封閉放氣閥門[2]。組裝保護(hù)裝置的關(guān)鍵在于保證油枕的合理組裝，可適當(dāng)提高油枕刻度，通過控制變壓器油向油枕的流動(dòng)速度，來防止保護(hù)裝置的瓦斯保護(hù)動(dòng)作出現(xiàn)偏差。在構(gòu)件組裝階段要避免甲烷氣體侵入油枕，只有在嚴(yán)格按照上述組裝工藝進(jìn)行變壓器保護(hù)裝置安裝時(shí)，才能實(shí)現(xiàn)加大重瓦斯保護(hù)的目的。另外，還應(yīng)適當(dāng)增加變壓器內(nèi)部短路阻抗，主要起到降低短路電流的作用，可在與保護(hù)裝置配合作用下，確保重瓦斯保護(hù)取得理想效果。

4 變壓器短路阻抗值與重瓦斯啟動(dòng)值間關(guān)系

針對(duì)電力變壓器有關(guān)技術(shù)參數(shù)已經(jīng)提出要求，相關(guān)文件中對(duì)110kV繞組有載變壓器對(duì)應(yīng)參數(shù)作出了明確規(guī)定，具體的額定負(fù)載損耗以及阻抗值等參數(shù)信息如表1所示，系統(tǒng)短路狀況下的變壓器負(fù)載損失以及油流速值如表2所示。

表1 各類變壓器的負(fù)載損失與短路阻抗值

表2 各類變壓器短路故障下的負(fù)載損耗與最大油流速

在110kV變壓器實(shí)際運(yùn)行時(shí)，通常將風(fēng)冷或者自冷類型變壓器的油流速度設(shè)定為1.0m/s，而從表格中數(shù)據(jù)能看出，以上不同容量的變壓器在發(fā)生短路故障后，其中最大油流速都超過了額定值，勢必會(huì)導(dǎo)致變壓器在重瓦斯保護(hù)方面存在誤差，對(duì)變壓器運(yùn)行有一定危害。為了將油流速控制在保護(hù)裝置啟動(dòng)值以下，需要進(jìn)一步將油流速帶入表達(dá)式中，推導(dǎo)出不同容量的變壓器對(duì)應(yīng)的最小短路阻抗值，以便為變壓器穩(wěn)定運(yùn)行提供依據(jù)[3]。具體來講，變壓器短路阻抗對(duì)重瓦斯保護(hù)產(chǎn)生的影響可主要從油流速這一角度出發(fā)進(jìn)行探究，由于變壓器阻抗直接對(duì)短路電流值產(chǎn)生影響，因此，能通過減少短路電流值來降低變壓器油流速，對(duì)變壓器正常運(yùn)行有重要意義。

隨著變壓器在電力系統(tǒng)建設(shè)中的廣泛應(yīng)用，電力領(lǐng)域加大了對(duì)變壓器運(yùn)行安全性的研究，其中重瓦斯保護(hù)對(duì)變壓器裝置穩(wěn)定運(yùn)行有一定影響，有必要在充分掌握短路阻抗對(duì)瓦斯保護(hù)產(chǎn)生影響的基礎(chǔ)上，采取適當(dāng)?shù)膽?yīng)對(duì)措施。如在調(diào)整110kV變壓器短路阻抗時(shí)，可利用油流速表達(dá)式推導(dǎo)出最小阻抗值，能做到對(duì)油流速的合理調(diào)節(jié)，從而避免流速過大而導(dǎo)致重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作。