淺談變壓器的不正常運(yùn)行

郭岐

摘 要：針對(duì)變壓器的不正常運(yùn)行問題，分析了引起其不正常運(yùn)行的原因，總結(jié)了減小其危害的措施。

關(guān)鍵詞：變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行;變壓器的暫態(tài)運(yùn)行

1 緒論

在電力系統(tǒng)中，變壓器是不可或缺的一次設(shè)備，它在電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行中起著及其重要的作用。

2 變壓器的不對(duì)稱運(yùn)行

（1）變壓器的不正常運(yùn)行不僅僅會(huì)發(fā)生在暫態(tài)過程中，在穩(wěn)態(tài)過程中發(fā)生也是一種常常見到的現(xiàn)象。由于在電力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行之中是一個(gè)及其龐大的系統(tǒng)，其影響因素也多種多樣，所以我們會(huì)得到很多有關(guān)變壓器在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，三相負(fù)載不對(duì)稱的實(shí)例。例如有的時(shí)候需要用電焊機(jī)或單相電爐等單相負(fù)載;或者使用的照明負(fù)載在三相上不平衡;當(dāng)三相變壓器的的一相發(fā)生故障時(shí)，可能要斷開故障的那一相，使另外兩相繼續(xù)供電;有的時(shí)候還會(huì)適當(dāng)?shù)夭捎么蟮貋泶嬉幌鄬?dǎo)線的供電方式。以上討論的這幾種例子可以使我們意識(shí)到變壓器不正常運(yùn)行的常見性。

（2）由變壓器不對(duì)稱運(yùn)行導(dǎo)致的危害：變壓器損耗增加。通過一些學(xué)習(xí)我們知道變壓器的損耗由空載損耗和負(fù)載損耗組成。在變壓器正常運(yùn)行的情況下，它的運(yùn)行電壓基本上是沒有變化的，這使空載損耗成為了一個(gè)恒定的量。當(dāng)變壓器的運(yùn)行負(fù)荷變化時(shí)，負(fù)載損耗也隨之發(fā)生變化，由公式可知負(fù)載電流的平方與與負(fù)載損耗成正比。在變壓器不對(duì)稱運(yùn)行的情況下，變壓器的負(fù)載損耗相當(dāng)于三個(gè)變壓器負(fù)載損耗的累加結(jié)果。所以，由三相負(fù)載不對(duì)稱引起的變壓器不對(duì)稱運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致變壓器的損耗大大增加。由于這種損耗是長(zhǎng)期的，會(huì)造成很大的浪費(fèi)，違背了我們節(jié)能的理念。

變壓器局部金屬件溫度升高。通過對(duì)稱分量法分析出變壓器在三相負(fù)載不對(duì)稱的情況下運(yùn)行時(shí)，正，負(fù)序電流將會(huì)在變壓器的原邊，副邊內(nèi)分別形成正常的三相電流系統(tǒng)，存在著磁勢(shì)平衡的關(guān)系，但是副邊的零序電流得不到原邊相應(yīng)的電流來平衡。即變壓器在三相負(fù)載不對(duì)稱的情況下運(yùn)行時(shí)，一定會(huì)產(chǎn)生零序電流，因?yàn)樵谧儔浩髦惺菦]有零序電流的通路的，所以它將會(huì)在各相的鐵心中激勵(lì)出零序磁通。這些零序磁通會(huì)在變壓器的郵箱壁或者在一些金屬構(gòu)件中構(gòu)成回路。然后會(huì)引起渦流損耗和磁滯，從而導(dǎo)致部件發(fā)熱。便要求其局部金屬件溫度升高嚴(yán)重時(shí)候甚至?xí)?dǎo)致變壓器運(yùn)行事故，因此其危害不可小覷。

（3）減小變壓器不對(duì)稱運(yùn)行的危害的措施：由有功損耗與電壓的平方成正比可以想到通過合理調(diào)整運(yùn)行電壓，從而達(dá)到減小變壓器損耗的效果。

可以使用一些新型的，損耗相對(duì)來講比較小的變壓器。致力于研究可以降低損耗的新技術(shù)，新材料。

由于線路的能量損耗同電阻成正比，而電阻又與導(dǎo)線的截面積成反比。所以合理地選擇導(dǎo)線截面，增大導(dǎo)線的截面可以減少一些能量損耗。

提高電力網(wǎng)的檢修質(zhì)量，加強(qiáng)對(duì)線路的維護(hù)，防止漏電。盡量減小外部因素引起的能量的損耗。

3 變壓器的暫態(tài)運(yùn)行

接下來將對(duì)變壓器的暫態(tài)運(yùn)行進(jìn)行討論，暫態(tài)運(yùn)行是變壓器常見的另一種不正常運(yùn)行，即變壓器受到大的干擾后，從一種穩(wěn)定狀態(tài)過渡到另一種新的穩(wěn)定狀態(tài)或者恢復(fù)原來的狀態(tài)。引起變壓器暫態(tài)運(yùn)行的原因往往是變壓器運(yùn)行情況的突變，例如變壓器的負(fù)載突然發(fā)生變化;變壓器空載合閘或者副邊突然發(fā)生短路;輸電線上可能會(huì)遭受直接雷擊;或者輸電線與帶電的云層發(fā)生靜電感應(yīng)和放電造成大氣過電壓;變壓器或線路的開關(guān)進(jìn)行合閘或者拉閘時(shí)，由系統(tǒng)中發(fā)生電磁能量轉(zhuǎn)換而引起的操作過電壓。暫態(tài)運(yùn)行的持續(xù)時(shí)間是非常短的，但是它往往會(huì)對(duì)變壓器或電力系統(tǒng)造成很大的影響，如果產(chǎn)生嚴(yán)重的過電流或過電壓甚至?xí)p壞變壓器。所以對(duì)變壓器的暫態(tài)運(yùn)行進(jìn)行分析和研究是十分有必要的。

（1）由變壓器暫態(tài)運(yùn)行導(dǎo)致的危害：變壓器在空載接入電網(wǎng)的合閘過程中，主要表現(xiàn)為主磁通的暫態(tài)變化。由于變壓器鐵心的飽和現(xiàn)象和鐵心中原有剩磁的存在，暫態(tài)過程中鐵心主磁通的最大值還會(huì)更大，可能會(huì)產(chǎn)生很大的沖擊電流，所產(chǎn)生的這個(gè)電流值將會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過空載電流值的正常水平?？蛰d合閘電流的沖擊實(shí)際上對(duì)變壓器本身并沒有直接產(chǎn)生危害，但是在它衰減較為緩慢時(shí)，變壓器的繼電保護(hù)裝置會(huì)起作用而合不上開關(guān)。因此在變壓器空載合閘的過程中，如果沒有及時(shí)地采取有效措施，很可能會(huì)引起開關(guān)合閘失敗，導(dǎo)致變壓器無法正常接入電網(wǎng)。

一臺(tái)正常運(yùn)行的變壓器，在外界發(fā)生的故障導(dǎo)致副繞組突然短路時(shí)，在變壓器的原，副繞組中將會(huì)產(chǎn)生很大的短路電流，短路電流往往會(huì)產(chǎn)生機(jī)械力和發(fā)熱現(xiàn)象，這會(huì)對(duì)變壓器的可靠運(yùn)行造成危害。如果變壓器設(shè)計(jì)不當(dāng)，往往會(huì)因此而遭到破壞。

在變壓器的運(yùn)行過程中，繞組中的電流與漏磁場(chǎng)相互作用，將會(huì)在繞組的各導(dǎo)線上產(chǎn)生機(jī)械力。在變壓器突然短路的情況下，繞組受到的機(jī)械力會(huì)增大，這樣大的力可能會(huì)使變壓器的一些構(gòu)件遭到損壞。例如徑向力可能會(huì)使繞組拉斷，軸向力可能會(huì)使線圈產(chǎn)生軸向變形。

變壓器的暫態(tài)運(yùn)行可能會(huì)導(dǎo)致過電壓現(xiàn)象。過電壓可能會(huì)破壞變壓器絕緣，造成繞組接地故障或是匝間短路故障。

（2）減小變壓器暫態(tài)運(yùn)行的危害的措施：在變壓器上串聯(lián)一個(gè)小電阻可以加速?zèng)_擊電流的衰減過程，然后進(jìn)行變壓器的合閘，合閘完成后再把該電阻去掉。

（3）限制短路電流的措施：選擇適當(dāng)?shù)闹鹘泳€形式和運(yùn)行方式?？梢圆捎糜?jì)算阻抗比較大的接線，采用減少并聯(lián)設(shè)備和并聯(lián)支路的運(yùn)行方式。

加裝限流電抗器。這是在發(fā)電廠和變電所20kV及以下的某些回路中廣泛采用的限制短路電流的方法。

采用低壓分裂繞組變壓器。在這種變壓器中，正常電流所遇到的電抗小，短路電流所遇到的電抗大，有著顯著的限流作用。

為了防止變壓器突然短路時(shí)，產(chǎn)生的強(qiáng)大的機(jī)械力導(dǎo)致變壓器繞組變形或損壞，在設(shè)計(jì)和制造變壓器繞組時(shí)要合理使用絕緣結(jié)構(gòu)，還要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，盡量使其可以承受暫態(tài)短路產(chǎn)生的電磁力。

為了保證變壓器安全可靠的運(yùn)行，要采取過電壓保護(hù)措施。主要措施為避雷器保護(hù)，加強(qiáng)絕緣，增大匝間電容，采用中點(diǎn)接地系統(tǒng)。同時(shí)也要保證變壓器在過電壓的作用下不被損壞，因此在變壓器出廠前除了必須在工頻電壓下進(jìn)行過電壓實(shí)驗(yàn)之外，還要按一定標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過沖擊電流過電壓波的耐壓實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)后方能認(rèn)為該產(chǎn)品是合格的。

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