變壓器抗短路能力不足的危害及應對措施
變壓器是電網最主要的設備之一,是電網安全運行的基礎。近年來,湖北電網因變壓器抗短路能力不足導致的變壓器損壞事故時有發生,嚴重影響了電力變壓器的安全、可靠運行。隨著電網系統短路容量的不斷增大,變壓器實地最大短路電流也不斷增加,然而投運年限較長的變壓器,因設計、材料、工藝等因素的限制,造成變壓器自身的抗短路能力不足,無法承受短路電動力的作用,導致線圈變形、崩潰甚至燒毀,給電網的安全穩定運行帶來了隱患。 典型案例: 某500千伏變電站#2主變差動及A相重瓦斯保護動作跳閘,#2主變A相套管損壞、箱體鼓脹變形。
經分析,故障原因為變壓器中壓側發生近區短路,短路電流導致中壓繞組和高壓繞組幅向失穩后,造成高壓繞組中部及上端部餅間及匝間短路,故障最終發展為高壓對中壓對地閃絡,導致主變整體損壞,無法修復。
由此可見,變壓器抗短路能力不足是危及電網安全運行最主要的因素之一。
近年來,公司對220千伏及以上電壓等級主變抗短路能力進行了全面的校核梳理,發現不滿足實地短路電流水平的主變占比較高,不合格變壓器生產年份主要分布在2008年以前。 鑒于湖北電網短路容量水平未達到GB1094.5-2008《電力變壓器 第5部分:承受短路的能力》的規定要求,根據變壓器安裝地點短路水平,對變壓器實地運行風險進行評估,在主變校核結果基礎上,合理制定檢修策略,確定變壓器改造原則。 將220千伏變壓器實地運行風險分為以下5個等級: A類:能夠承受100%及以上實地短路電流; B類:能夠承受90-100%實地短路電流; C類:能夠承受70-90%實地短路電流; D類:能夠承受50-70%實地短路電流; E類:能夠承受小于50%實地短路電流。
在變壓器檢修前的“過渡階段”,為提高變壓器的運行可靠性,可以采取調整系統運行方式和加強運維措施來降低主變的短路風險。 一是并聯變壓器采取中壓側分列運行的方式。中壓側分列運行可以減少低壓線圈的實地短路電流,尤其對于常規阻抗、中壓側電源薄弱的主變效果明顯,但這種運行方式下一旦主變故障將導致負荷損失,對電網的危害較大,不利于電網系統的安全穩定運行。 二是加強運維措施。可以通過主變低壓母線絕緣化處理、站用變高壓進線絕緣化處理、合理安裝或取消線路并聯間隙、低壓開關柜整治、取消線路重合閘、主變低壓母線加裝快速保護系統等方式降低主變運行短路風險。
對于實地短路電流校核結果不滿足要求的主變壓器提出了針對性的檢修策略: 1.運行年限超過25年或實地運行風險等級為E的變壓器,根據設備運行狀態適時進行整體更換。 2.運行年限不足25年且實地運行風險等級為C、D的變壓器,僅低壓繞組不合格的優先考慮加裝限流電抗器,僅中壓繞組不合格的優先考慮加裝中性點小電抗器;其次考慮將變壓器調配到實地短路電流較小的變電站運行;最后考慮線圈改造,改造后的變壓器各繞組均應滿足國標抗短路能力要求。 3.運行年限不足25年且實地運行風險等級為B的變壓器,采取運維措施防止主變出口短路,降低運行短路風險。
對不滿足國標短路要求的變壓器,每年計算安裝地點短路電流并進行抗短路能力復核,動態制定檢修策略。 對制造廠抗短路計算報告進行審核把關,確保新變壓器在制造階段滿足國標短路要求。 委托第三方權威檢測機構開展突發短路試驗抽檢,與變壓器制造廠簽訂抗短路能力的質保協議,從源頭抓好變壓器制造質量。