CN110988525A - 一种短时间内重复短路对电力变压器冲击的评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种短时间内重复短路对电力变压器冲击的评估方法，其包括以下步骤，(1)确定被评估变压器能承受的短路电流值I；(2)当被评估变压器在短时间内连续遭受n次短路时，设定第i次短路I_i，即I₁……I_i直至I_n；(3)确定每次短路时的非稳态时第一个峰值的幅值，设定第i次短路的幅值为I_mi，即I_m1……I_mi直至I_mn，计算每次短路时被评估变压器所受的短路力；(4)计算被评估变压器n次短路所受的最大合力；(5)计算在步骤(4)的合力下的被评估变压器遭受的等效短路稳态电流I_合；(6)计算被评估变压器步骤(5)得到的I_合与步骤(1)得到的I的比值T。本发明能准确反映短时间内的短路重复冲击对变压器的影响。

Description

一种短时间内重复短路对电力变压器冲击的评估方法

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体地，本发明涉及一种短时间内重复短路对电力变压器冲击的评估方法。

背景技术

电力变压器是电网中的重要设备，变压器的稳定可靠运行对电网安全起到非常重要的作用。近几年，因抗短路强度不够引起的事故已成为电力变压器事故的首要原因，严重影响了电力变压器的安全、可靠运行。短路损坏已成为引起变压器事故的首要原因，给电力系统带来严重的影响，造成巨大的经济损失。

变压器在首次遭受短路后，受短路力影响，变压器处在剧烈振动中，一般持续一段时间，在此期间如果变压器再次遭受短路，即短时间内重复冲击，多次重复短路冲击力有可能叠加，破坏力急剧增加，所以采用传统的评估方法不能准确反映短时间内的短路重复冲击对变压器的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种短时间内重复短路对电力变压器冲击的评估方法，能准确反映短时间内的短路重复冲击对变压器的影响。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括以下步骤，(1)确定被评估变压器能承受的短路电流值I；(2)当被评估变压器在短时间内连续遭受n次短路时，设定第i次短路的短路电流值为I_i，即I₁……I_i直至I_n；(3)确定每次短路时的非稳态时第一个峰值的幅值，设定第i次短路的幅值为I_mi，即I_m1……I_mi直至I_mn，计算每次短路时被评估变压器所受的短路力；(4)计算被评估变压器n次短路所受的最大合力；(5)计算在步骤(4)的合力下的被评估变压器遭受的等效短路稳态电流I_合；(6)计算被评估变压器步骤(5)得到的I_合与步骤(1)得到的I的比值T。

进一步地，其中，步骤(1)中，I为有效值，由变压器的设计参数确定或厂家确定。

进一步地，步骤(2)中，被评估变压器的短路电流值I_i，为短路状态稳定后的有效值，此值由故障录波图得到。

进一步地，步骤(3)中，I_mi的计算方法为:

其中

为系数。

进一步地，

的选取依据GB1094.5《电力变压器第5部分抗短路能力》中规定。

进一步地，步骤(2)中，n大于等于1且小于等于4。

进一步地，步骤(3)中，每次短路时被评估变压器所受的短路力的计算公式为：计算第i次短路时短路力F_i：

1)短路时单位高度的安匝密度:

式中：N——变压器线圈的匝数；

I_i为第i次短路的短路电流值；

K为系数；

h——变压器线圈的高度。

2)内线圈承受的短路力

式中：l_m——变压器线圈的平均周长；

3)作用到每个线饼平均周长的视在压缩辐向电动力为：

式中：M——变压器的线饼数；

l_m——变压器线圈的平均周长。

进一步地，步骤(4)中，被评估变压器n次短路所受的最大合力的计算公式为

进一步地，步骤(5)中，

其中F为步骤(4)得到的最大合力，公式中其他的参数与上述步骤中的物理参数相同，l_m——变压器线圈的平均周长，N——变压器线圈的匝数，K为系数；h——变压器线圈的高度。进一步地，步骤(6)中，

当T>1时，被评估的变压器遭受了超过其承受能力的短路，需要进一步检查。

本发明中，步骤(1)-(6)中，同一参数代表的物理含义相同。

本发明积极效果如下：

本发明针对变压器时常遭受短时间内多次短路冲击故障情况，采用短路力拟的方式，定量评估了上述故障情况对变压器的影响，解决了变压器短时间内重复冲击评估难的问题。本发明提供的评估方法简单易算，提高了变压器评价的可操作性。

附图说明

图1为本发明评估方法的评估流程图；

图2为本发明实施例1中A相中压圈变形情况；

图3为本发明实施例1中B相中压圈变形情况；

图4为本发明实施例1中C相中压圈绝缘破损情况；

图5为本发明实施例1中压圈局部严重变形的情况；

图6为本发明实施例1中压圈纸板破损的情况；

图7为本发明实施例1中A相低压圈放电点的情况；

具体实施方式

下面结合本发明附图1，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明包括以下步骤：

(1)确定被评估变压器能承受的短路电流值I；被评估变压器能承受的短路电流值I为有效值，由变压器的设计参数确定或厂家确定。

(2)设定被评估变压器在短时间内连续遭受n次短路，设定第i次短路的短路电流值为I_i，即I₁……I_i直至I_n；被评估变压器的短路电流值I_i，为短路状态稳定后的有效值，此值由故障录波图得到。其中n大于等于1且小于等于4。

(3)确定每次短路时的非稳态时第一个峰值的幅值，设定第i次短路的幅值为I_mi，即I_m1……I_mi直至I_mn。

短路非稳态时第一个峰值的计算方法为:

其中,I_i为第i次短路的短路电流值，其中

为系数；

的选取依据GB1094.5《电力变压器第5部分抗短路能力》中规定。具体地，其值按照表1确定:

表1系数

的值

如无其它规定，当X/R>14时，系数

应为：

对于二类电力变压器：

对于三类电力变压器：

(4)计算被评估变压器n次短路所受的最大合力:

计算第i次短路时短路力F_i：

1)短路时单位高度的安匝密度:

式中：N——变压器线圈的匝数；

I_i为每次短路的电流；

h——变压器线圈的高度。

2)内线圈承受的短路力

式中：l_m——变压器线圈的平均周长；

3)作用到每个线饼平均周长的视在压缩辐向电动力为：

式中：M——变压器的线饼数；

l_m——变压器线圈的平均周长。

(5)计算被评估变压器n次短路所受的最大合力；

步骤(4)中，被评估变压器n次短路所受的最大合力的计算公式为

(6)计算在步骤(5)的合力下的被评估变压器短路等效短路电流I_合；

步骤(6)中，

(5)计算被评估变压器步骤(6)得到的I_合与步骤(1)得到的I的比值T。

其中I为步骤(1)得到的被评估变压器能承受的短路电流值I。当T>1时，被评估的变压器遭受了超过其承受能力的短路，需要进一步检查；当T<1时，短路电流累计方法原则如下：

1)如合成短路电流I_合在允许短路电流I的50％～70％之间，按照评价电流在50％～70％的短路累计一次。

2)当合成短路电流I_合在允许短路电流I的70％～90％之间，评价按照电流在70％～90％的短路累计一次。

3)当合成短路电流I_合在允许短路电流I的90％以上，按照90％以上短路一次计算。

本发明评估的为短时重复短路，短时的含义为相邻两次短路时间不大于5min。

实施例1

以下结合某变压器实际评估案例对本发明做进一步详述：

某220kV站2号主变低压侧发生低压侧三相短路，持续133ms后保护跳闸，短路电流峰值为5543A，2.65ms后，重合于故障，短路电流值为6120A，持续20ms后电力变压器切除故障，变压器重瓦斯保护动作。n＝2。

查阅变压器参数，电力变压器参数如下：

型号：SFSZ10-180000/220，额定电压比：230±8×1.25％/121/38.5；

出厂时间：2007年5月；投运时间：2007年9月28日。

查阅电力变压器技术协议及出厂相关参数，被评估变压器能承受的短路电流值I为7300A；I₁为5543A，I₂为6120A。

变压器生产参数如表2：

表2变压器基本参数及校核结果

第一次的短路力：

第二次的短路力：

按照上述方法计算变压器短路的合电流:

经过计算，I_合＝8257A；

计算比拟合电流与变压器所能承受的电流比值：

T＝8257/7300＝1.13

评估上述短时间重复短路对电力变压器的影响，由于T>1，所以可以确定变压器遭受了超过其承受能力的短路。

随后对变压器进行了绕组变性检查结果如下：

低电压阻抗测试表明，A、B相高-中压阻抗值纵比分别为6.9％、10.5％，A、B相中压-低压阻抗值纵比分别为8％、15.3％，高-低压阻抗值三相横比10.4％，中-低压阻抗值三相横比为15.3％，均远超过2％的标准值要求。

电容量测试表明，CL、CM、CH纵比均未超过3％的标准要求，表明低压、中压和高压线圈对地距离没有明显变化。但CM-L和CH-M分别较出厂值增加34.7％和-9.6％，远超过标准要求，表明中低压线圈间距离缩小，中高压线圈间距离增大，中压线圈向内收缩变形。

解体表明，三相高压线圈未见异常；A、B相中压线圈多处扭曲变形并绝缘损坏，C相中压线圈存在6处绝缘破损,中压线圈内外径纸板多处破损或有击穿痕迹；A相低压线圈对应位置处存在多个放电点，B相低压线圈上部出现倒饼且整体倾斜；其他无异常。具体如图2-7所示。

从实际情况来看电力变压器发生严重的绕组变形及匝间短路，从而验证了上述评估方法的准确性。

实施例2：

某220kV变电站#1主变在运行中重瓦斯保护、差动保护动作，#1主变三侧开关跳闸。现场检查发现，#1主变压力释放阀动作，低压侧手孔盖板已严重变形且大量漏油。

型号：SFPSZ-120000/220；额定容量：120000/120000/60000(kVA)；额定电压比：220/121/38.5(kV)；冷却方式：OD/AF/ONAF/ONAN；阻抗电压(％)：高-低24.4、中-低7.73、高-中14.3；出厂序号：20022S02；生产厂家：保变；生产日期：2001年12月；投运日期：2002年6月。查阅厂家给的资料结合计算公式可知变压器能承受的短路电流值I为10000A。

故障分析：保护动作报告显示#1主变外部一次短路后，100ms后每部发生三相短路，第一次短路电流值为I₁6300A，第二次短路电流值I₂为6000A，短路电流产生的能量导致变压器低压侧手孔盖变形，变压器喷油，A相套管受损。

按照与实施例1相同方法计算变压器短路的合电流：

经过计算，I_合＝8700 A，

计算比拟合电流与变压器所能承受的电流比值：

T＝8700/10000＝0.87。

评估上述短时间重复短路对电力变压器的影响，由于T小于1，所以可以确定变压器可承受该次短路。

当T<1时，短路电流累计方法原则如下：

1)如合成短路电流I_合在允许短路电流I的50％～70％之间，按照评价电流在50％～70％的短路累计一次。

2)当合成短路电流I_合在允许短路电流I的70％～90％之间，评价按照电流在70％～90％的短路累计一次。

3)当合成短路电流I_合在允许短路电流I的90％以上，按照90％以上短路一次计算。

由于短路电流在允许短路电流的70％～90％，即T＝0.87,需当合成短路电流I_合在允许短路电流I的70％～90％之间，评价按照电流在70％～90％的短路累计一次。

故障后故障后现场检查发现#1主变本体低压侧(35kV)套管下部手孔盖因低压侧铜排短路后能量冲击已经变形，其中三条螺丝断裂，变压器油由此部位漏出，主变本体压力释放阀动作。使用便携式色谱仪对主变本体油进行了色谱分析其结果为：甲烷94.47μL/L、乙烷5.57μL/L、乙烯49.09μL/L、乙炔73.41μL/L、氢气3547.96μL/L、一氧化碳463.9μL/L、二氧化碳293.07μL/L、总烃222.54μL/L。根据现场情况和试验结果初步判断变压器内部发生裸金属放电故障。放油后，从35kV手封孔除观察发现，35kV绕组引线在导流槽处有相间放电痕迹。为了进一步检查故障部位，对主变进行了吊罩检查，其故障放电部位如下：

故障后对主变进行了试验，绝缘电阻、直流电阻试验、绕组变形(频响法)试验相关系数符合要求；短路阻抗数据与铭牌值比较无明显变化；电容量与出厂及历次试验相比较无明显变化，可以判定变压器在经过短路冲击后，绕组未发生变形。

解体检查结果表明变压器绕组未发生任何变形，为此将主变吊罩，更换裸铜排，并对手孔盖进行修复后，将主变投入运行，变压器正常运行，未见任何异常。

本发明针对变压器时常遭受的短时重复冲击故障情况，采用短路力拟合的方式，定量评估了上述故障情况对变压器的影响，解决了变压器短时重复冲击评估难的问题。本发明提供的评估方法简单易算，提高了变压器评价的可操作性。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种短时间内重复短路对电力变压器冲击的评估方法，其特征在于：其包括以下步骤，(1)确定被评估变压器能承受的短路电流值I；(2)当被评估变压器在短时间内连续遭受n次短路时，设定第i次短路的短路电流值为I_i，即I₁……I_i直至I_n；(3)确定每次短路时的非稳态时第一个峰值的幅值，设定第i次短路的幅值为I_mi，即I_m1……I_mi直至I_mn，计算每次短路时被评估变压器所受的短路力；(4)计算被评估变压器n次短路所受的最大合力；(5)计算在步骤(4)的合力下的被评估变压器遭受的等效短路稳态电流I_合；(6)计算被评估变压器步骤(5)得到的I_合与步骤(1)得到的I的比值T。

2.根据权利要求1所述的一种短时间内重复短路对电力变压器冲击的评估方法，其特征在于：其中，步骤(1)中，I为有效值，由变压器的设计参数确定或厂家确定。

3.根据权利要求1所述的一种短时重复短路对电力变压器冲击的评估方法，其特征在于：步骤(2)中，被评估变压器的短路电流值I_i，为短路状态稳定后的有效值，此值由故障录波图得到。

4.根据权利要求3所述的一种短时间内重复短路对电力变压器冲击的评估方法，其特征在于：步骤(3)中，I_mi的计算方法为:

其中

为系数。

5.根据权利要求4所述的一种短时间内重复短路对电力变压器冲击的评估方法，其特征在于：

的选取依据GB1094.5《电力变压器第5部分抗短路能力》中规定。

6.根据权利要求1所述的一种短时间内重复短路对电力变压器冲击的评估方法，其特征在于：步骤(2)中，n大于等于1且小于等于4。

7.根据权利要求1所述的一种短时间内重复短路对电力变压器冲击的评估方法，其特征在于：步骤(3)中，每次短路时被评估变压器所受的短路力的计算公式为：计算第i次短路时短路力F_i：

1)短路时单位高度的安匝密度:

式中：N——变压器线圈的匝数；

I_i为第i次短路的短路电流值；

K为系数；

h——变压器线圈的高度。

2)内线圈承受的短路力

式中：l_m——变压器线圈的平均周长；

3)作用到每个线饼平均周长的视在压缩辐向电动力为：

式中：M——变压器的线饼数；

l_m——变压器线圈的平均周长。

8.根据权利要求7所述的一种短时间内重复短路对电力变压器冲击的评估方法，其特征在于：步骤(4)中，被评估变压器n次短路所受的最大合力的计算公式为

9.根据权利要求1所述的一种短时间内重复短路对电力变压器冲击的评估方法，其特征在于：步骤(5)中，

10.根据权利要求1所述的一种短时间内重复短路对电力变压器冲击的评估方法，其特征在于：步骤(6)中，

当T>1时，被评估的变压器遭受了超过其承受能力的短路，需要进一步检查。

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