CN111489099A - 一种变压器抗短路能力实地运行风险评估方法 - Google Patents

一种变压器抗短路能力实地运行风险评估方法 Download PDF

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Abstract

一种变压器抗短路能力实地运行风险评估方法，所述方法在变压器的绕组最大允许短路电流的基础上，在引入变压器运行年限和变压器短路冲击等效次数，计算得到变压器的绕组最大耐受短路电流；根据待评估变压器的实际运行方式得到变压器绕组遭受的最大短路冲击电流，并根据最大耐受短路电流与最大短路冲击电流比值评估变压器的运行风险。本发明根据最大耐受短路电流与最大短路冲击电流比值评估变压器抗短路能力实地运行风险，可以准确评估运行中变压器的抗短路能力及其运行风险，有效指导相关单位开展变压器的运维检修。

Description

一种变压器抗短路能力实地运行风险评估方法
技术领域
本发明涉及一种变压器抗短路能力实地运行风险评估方法，属输变电设备运维检修技术领域。
背景技术
随着电网规模不断扩大，当变压器遭受近区短路时，流经变压器的短路电流可激增到额定电流的几倍至几十倍，对变压器绕组形成额定负载时几百倍的电动力、热冲击，严重考验变压器的动稳定和热稳定能力，是造成变压器故障的主要原因之一。据统计，近5年国家电网公司变压器故障中，因外部短路引起的变压器损坏故障占30％以上。
变压器抗短路能力是反映变压器绕组经受短路电流作用时保持动、热稳定的关键指标。根据国家能源局颁布的《防止电力生产事故的二十五项重点要求》，变压器制造厂应根据GB1094.5《电力变压器第5部分：承受短路的能力》对变压器理论上的抗短路能力进行校核计算，并将计算报告提供给变压器运行单位。根据GB1094.5计算得到的是新变压器理论上抗短路能力，实际运行中，变压器的抗短路能力还会受到运行年限、短路冲击等因素的影响而发生改变。同时，变压器绕组可能遭受的短路冲击电流也与变压器所在变电站的母线短路容量、主变并列运行情况等因素有关。为了准确评估运行中变压器的抗短路能力及其运行风险，有必要根据实际运行情况对变压器开展抗短路能力实地运行风险评估，以便指导运维单位采取针对性的运维检修措施。
发明内容
本发明的目的是，为了准确评估运行中变压器的抗短路能力及其运行风险，提出一种变压器抗短路能力实地运行风险评估方法，指导运维单位开展变压器运维检修。
本发明实现的技术方案如下，一种变压器抗短路能力实地运行风险评估方法，所述方法在变压器的绕组最大允许短路电流的基础上，在引入变压器运行年限和变压器短路冲击等效次数，计算得到变压器的绕组最大耐受短路电流；根据待评估变压器的实际运行方式得到变压器绕组遭受的最大短路冲击电流，并根据最大耐受短路电流与最大短路冲击电流比值评估变压器的运行风险。
一种变压器抗短路能力实地运行风险评估方法，包括以下步骤：
(1)收集待评估变压器绕组的最大允许短路电流In，n为n侧绕组，n＝H、M、L，其中，H表示变压器高压绕组、M表示变压器中压绕组、L表示变夺器低压绕组；该电流由变压器制造厂或其他具备变压器抗短路能力校核计算的机构在变压器抗短路能力校核计算报告中提供。
(2)计算待评估变压器的绕组最大耐受短路电流I′n：
Figure BDA0002463568650000021
式中，x为变压器运行年限；
Figure BDA0002463568650000022
为变压器n侧绕组遭受N次短路冲击后的累计等效短路冲击值；yni为第i次短路冲击的等效值，由短路冲击持续时间t、短路冲击电流幅值Iyi与最大允许短路电流In的比值确定。
(3)收集待评估变压器所在变电站变压器运行方式，母线短路容量、变压器绕组阻抗。
(4)计算待评估变压器绕组遭受的最大短路冲击电流ISC-n：
Figure BDA0002463568650000031
其中，ISC-n为n侧绕组对称短路电流的方均根值；Ujn为n侧绕组标称系统电压；Xkn为折算到n侧绕组的变压器等效短路阻抗，由变压器运行方式、待评估变压器的参数决定，对于中低压绕组，还与待评估变压器并列运行变压器的参数相关；XLn为折算到n侧绕组的限流电抗器等效阻抗，如未安装限流电抗器，该值为零；Xs为系统短路阻抗，由标称系统电压、母线短路容量和运行方式决定。
(5)计算待评估变压器各绕组的运行风险Fn：
Fn＝ISC-n/I'n。
(6)计算待评估变压器实地运行风险系数F：
F＝min(Fn)。
(7)评估变压器抗短路能力实地允许风险，并进行分级；方法如下：以变压器实地运行风险系数F为目标参数，并依据该目标参数将变压器实地运行风险分为无风险、低风险、中风险和高风险四类。
(8)高风险变压器应安排改造；中风险变压器应采取加装限流电抗器措施降低短路电流的措施；低风险变压器采取加强变电站及输电线路运维的方式降低变压器运行风险。
(9)当变压器运行年限、累计短路冲击等效次数和变电站母线短路容量等参数发生变化时，重复步骤(2)-(8)，可对变压器抗短路能力实地运行风险进行滚动评估。
建议每年开展1次滚动评估。
所述第i次短路冲击的等效值yni取值如表1所示：
表1 yni取值表
Figure BDA0002463568650000041
其中，t为短路冲击持续时间；Iyi/In为短路冲击电流幅值Iyi与最大允许短路电流In的比值。
所述变压器风险分级如表2所示：
表2变压器风险分级表
F >100％ 80-100％ 50-80％ <50％
风险分级 无风险 低风险 中风险 高风险
其中，F为风险系数。
本发明的有益效果是，本发明根据最大耐受短路电流与最大短路冲击电流比值评估得到的变压器抗短路能力实地运行风险，可以准确评估运行中变压器的抗短路能力及其运行风险，有效指导相关单位开展变压器的运维检修。
附图说明
图1为变压器抗短路能力实地运行风险评估流程图；
图2为具体实施例等效电路图；
图中，T1为待评估变压器；T2为与待评估变压器并联运行的变压器；HV是高压母线；MV是中压母线；LV1是低压1段母线；LV2是低压2段母线；XKH是待评估变压器的高压绕组等效阻抗；XKM待评估中压绕组等效阻抗；XKL是待评估低压绕组等效阻抗；XS为高压侧系统阻抗。
具体实施方式
本实施例的具体实施方式如图1所示。
图2为本实施例的等效电路图，本实施例以某220kV变压器为例，其参数如下：
主变型号：SFSZ10-150000/230；
电压分接头：(230±8×1.25％)/115/10.5kV；
阻抗电压：Uk(H-M)＝13％，Uk(H-L)＝24％，Uk(M-L)＝8％；
运行年限：5年；
运行方式：变电站2台主变运行，运行方式为高中压并列、低压分列运行方式，高压侧单侧供电，高压侧短路容量14500MVA。两台主变短路阻抗相同。
变压器低压侧已加装限流电抗器，电抗器型号XKSCKL-10-3500-6、电抗XL＝0.1035Ω。
高压侧累计短路冲击等效次数为2.1，中压侧累计短路冲击等效次数为3.2，低压侧累计短路冲击等效次数为3.1。
变压器制造厂抗短路能力校核计算报告提供的绕组允许承受短路电流为：高压侧2.9kA、中压侧6.0kA、低压侧48.2kA，根据GB1094.5提供的校核方法，该变压器在中压供电、低压三相短路工况下，中压侧短路电流达到8.04kA，校核结果为：高、低压绕组抗短路能力合格，中压绕组抗短路能力不合格。根据本发明对该变压器进行抗短路抗能力实地运行风险评估：
(1)待评估变压器各绕组的最大允许短路电流分别如下：
高压绕组最大允许短路电流：IH＝2.9kA,
中压绕组最大允许短路电流：IM＝6.0kA,
低压绕组最大允许短路电流：IL＝48.2kA。
(2)计算待评估变压器各绕组最大耐受短路电流：
高压绕组最大耐受短路电流：
Figure BDA0002463568650000061
中压绕组最大耐受短路电流：
Figure BDA0002463568650000062
低压绕组最大耐受短路电流：
Figure BDA0002463568650000063
(3)计算待评估变压器各绕组可能遭受的最大短路电流。
基准容量为：Sj＝100MVA，基准电压为Uj＝230kV。
220kV母线三相短路正序阻抗标幺值为XS＝Sj/SS＝100/14500＝0.00686计算变压器各绕组等值电抗：
Figure BDA0002463568650000064
Figure BDA0002463568650000065
Figure BDA0002463568650000066
计算主变各侧绕组电抗折算至标幺值：
Figure BDA0002463568650000067
Figure BDA0002463568650000071
Figure BDA0002463568650000072
实际运行方式下，该站2台主变高中压并列、低压分列运行，高压侧单侧供电。等效电路如图2所示。
短路工况1：中压侧三相短路，
变压器等效短路阻抗标幺值：X'M＝0.09-0.0053＝0.0846
系统短路阻抗标幺值：Xs'＝2×0.00686＝0.01372
中压侧无限流电抗器，故XLM＝0
变压器中压绕组短路电流：
Figure BDA0002463568650000073
高压绕组短路电流Isc-H＝5.1×115/230＝2.55kA；
短路工况2：低压侧三相短路，
变压器等效短路阻抗标幺值：X'L＝0.09//(0.09-0.0053×2)+0.056＝0.098；
系统短路阻抗标幺值：Xs'＝0.00686
低压侧有限流电抗器，故X'LL＝0.1035
Figure BDA0002463568650000074
即低压侧最大短路电流为26.4kA。
故待评估变压器各绕组可能遭受的最大短路电流分别是高压2.55kA，中压5.11kA，低压26.4kA。
(4)计算待评估变压器各侧绕组的运行风险Fn。
高压侧绕组的运行风险：FH＝ISC-H/I'H＝1.11
中压侧绕组的运行风险：FM＝ISC-M/I'M＝1.13
低压侧绕组的运行风险：FL＝ISC-L/I'L＝1.76
(5)计算待评估变压器实地运行风险系数F。
F＝min(Fn)＝1.11
(6)该变压器实地运行风险系数F＝1.11＞100％,根据表2，该变压器不存在实地运行风险。
需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例。

Claims (4)

1.一种变压器抗短路能力实地运行风险评估方法，其特征在于，所述方法在变压器的绕组最大允许短路电流的基础上，在引入变压器运行年限和变压器短路冲击等效次数，计算得到变压器的绕组最大耐受短路电流；根据待评估变压器的实际运行方式得到变压器绕组遭受的最大短路冲击电流，并根据最大耐受短路电流与最大短路冲击电流比值评估变压器的运行风险。
2.根据权利要求1所述的一种变压器抗短路能力实地运行风险评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)收集待评估变压器绕组的最大允许短路电流In，n为n侧绕组，n＝H、M、L，其中，H表示变压器高压绕组、M表示变压器中压绕组、L表示变夺器低压绕组；该电流由变压器制造厂或其他具备变压器抗短路能力校核计算的机构在变压器抗短路能力校核计算报告中提供；
(2)计算待评估变压器的绕组最大耐受短路电流I'n：
Figure FDA0002463568640000011
式中，x为变压器运行年限；
Figure FDA0002463568640000012
为变压器n侧绕组遭受N次短路冲击后的累计等效短路冲击值；yni为第i次短路冲击的等效值，由短路冲击持续时间t、短路冲击电流幅值Iyi与最大允许短路电流In的比值确定；
(3)收集待评估变压器所在变电站变压器运行方式，母线短路容量、变压器绕组阻抗；
(4)计算待评估变压器绕组遭受的最大短路冲击电流ISC-n：
Figure FDA0002463568640000013
其中，ISC-n为n侧绕组对称短路电流的方均根值；Ujn为n侧绕组标称系统电压；Xkn为折算到n侧绕组的变压器等效短路阻抗，由变压器运行方式、待评估变压器的参数决定，对于中低压绕组，还与待评估变压器并列运行变压器的参数相关；XLn为折算到n侧绕组的限流电抗器等效阻抗，如未安装限流电抗器，该值为零；Xs为系统短路阻抗，由标称系统电压、母线短路容量和运行方式决定；
(5)计算待评估变压器各绕组的运行风险Fn：
Fn＝ISC-n/I'n；
(6)计算待评估变压器实地运行风险系数F：
F＝min(Fn)；
(7)评估变压器抗短路能力实地允许风险，并进行分级；方法如下：以变压器实地运行风险系数F为目标参数，并依据该目标参数将变压器实地运行风险分为无风险、低风险、中风险和高风险四类；
(8)高风险变压器应安排改造；中风险变压器应采取加装限流电抗器措施降低短路电流的措施；低风险变压器采取加强变电站及输电线路运维的方式降低变压器运行风险。
3.根据权利要求2所述的一种变压器抗短路能力实地运行风险评估方法，其特征在于，所述第i次短路冲击的等效值yni取值如下表：
Figure FDA0002463568640000021
其中，t为短路冲击持续时间；Iyi/In为短路冲击电流幅值Iyi与最大允许短路电流In的比值。
4.根据权利要求2所述的一种变压器抗短路能力实地运行风险评估方法，其特征在于，所述变压器风险分级如下表：
F >100％ 80-100％ 50-80％ <50％ 风险分级 无风险 低风险 中风险 高风险
其中，F为风险系数。
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