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变压器试验的重要性

May 8, 2015 • Columns, Inside Track on Smart Grid

近日出席了黎巴嫩一家超现代变压器生产厂及实验室的揭幕仪式,它使我想起电力变压器在当今的 电气设备市场上所起的非常重要的作用。它们在任何高压变电站中都属于有代表性的最贵重的资产。而且,在重大故障情况下(通常会导致起火),仅是替换所需要的修理时间就要比任何其他类型的设备要长得多。实际上变压器不像断路器或互感器,它没有方便的快速或机动修复方案,而且配件也不能在短时间内得到。 电力变压器在全世界各地的很多的工厂内生产,而且刚性的标准化的试验程序可以保证质量,以确保生产厂有良性运转。在这些标准中,以下三种试验是最为重要的: 1.出厂试验,每台变压器都要进行 2.型式试验,每种类型的变压器在一台上进行 3.特殊试验,由生产厂与客户协商进行 在以上试验中,最为大家所熟知的是绝缘和热强度耐受试验以及损耗试验(均属于前两种试验)。所谓的特殊试验项目之一包括短路耐受试验,无论从哪方面说,它都是此类试验中的唯一的试验项目。 在短路试验中,变压器中流过的短路电流会产生巨大的电动力,这一电动力随着变压器的尺寸和复杂性的增加而增大。电动力主要被绝缘系统所吸收,绝缘系统主要由纤维基材料组成,由于它的自然属性,它更适于承受压应力,而不适于承受弯曲或拉应力。因此,变压器机械结构设计是否恰当是非常关键的。 验证短路耐受能力-从计算和试验两方面-是非常困难的。在前一种情况下,这一过程被称为“设计复审”,要求对所要进行研究的变压器应力的计算结果与已经通过此项试验的相似设计的绕组结构的应力进行比照。通过控制应力,使之低于试验值(或已知的极限值),便可确信可以耐受在任何部位发生的短路。然而,如果设计审查的文件构架是按 IEC 60076-5 构建的,材料、制造工艺以及其他因 素就无法考虑在内。 在这种情况下,试验验证可以取代设计审查,尽管由于考虑到运输、安装和拆卸等因素肯定会导致其费用非常高-更不用说该试验本身以及重复最初已经在工厂完成了的出厂试验项目的费用。然而,目前对短路试验的需求(尤其是对25MVA以上容量的变压器)正在迅速增长。例如在KEMA每年大约有20至30台大型电力变压器进行短路耐受能力试验。 这项试验要求实验室必需具备大容量,因为试验需要有效系统功率。理想情况下,该试验应该在三相回路中进行,因为变压器必需呈现实际的三相磁通匝连数。在三相试验容量不足的情况下,推荐进行1.5相试验,在这种情况下,全电流流过一个绕组,而每个其他绕组只流过 一半电流。这样至少可以保证在最大不对称电流出现的时候在三相中有相同的电流幅值。 我们自己的试验结果表明,短路耐受能力试验并不总是合格。事实上,1996年到2010年共有140台电力变压器(25至440MVA)进行了试验,36台(26%)甚至没有通过初始试验。而这其中的半数在生产厂对产品进行加强后重新进行了试验。通常情况下,试验失败是因为短路阻抗过大,超过了标准要求值。然而在其他情况下,非常显明的失败情况还包括在加电压时起火、严重漏油、套管瓷套破裂以及其他情况。 通常情况下,电抗值变大是由于绕组变形导致的。这是因为短路径向力总是趋向于向内压缩内部绕组、向外扩张外部绕组,而轴向力(以及合力)会使绕组错位或扭曲。施加短路电流当然是试验程序的第一个,也是最重要的一个步骤。此后,需要在工厂进行目视检查,以及随后的出厂试验。 费用方面的考虑及现有实验设施能力的限制(全世界只有6家实验室可以进行该试验)使得只有一小部分电力变压器可以这样进行短路试验。所以,就必需进行风险评估。那些从设计角度来说容易遭受电动力破坏的变压器 (例如分裂式)更应该进行该试验。相似情况,关键部位的变压器,例如电厂启动变压器,也应该进行短路试验。 基于多年和试验经验,我们可以说那些被大的电力部门强制要求在他们的产品上进行短路试验的变压器生产厂最终都得到了沉痛的教训。而结果就是在以后的几年里减少了试验过程的失败。例如在中国,逐渐增多的由于短路引起的变压器现场故障最终导致这类委托试验的停止,而必须在一个新建的专门的大容量实验室来进行试验。 此外,一个国际大电网会议的研究项目发现,三分之一的变压器运行故障是由于短路性能欠佳,而且变压器早前已经通过了设计审查过程,如果所有发生故障的变压器都没有进行过短路试验,审查就毫无意义。   Rene Smeets Rene.Smeets@kema.com 图解:昆明特高压试验站复合绝缘子高海拔试验,变压器,高压变电站,变电站 变压器 变压器试验的重要性 kunming test

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