电站主变结构、运行监测.ppt

2020 2 17 1 电站主变结构特点运行监测及保护介绍 2020 2 17 2 内容提要 主变设计说明及结构特点主要结构部件及外部联结 结构形式主变内部部件及其结构形式主变内部部件及其结构形式主变主要不同点比较主变主要监测参数及其意义主要运行监测参数及意义 外观 温度 油位 噪声等 定期油样分析 油常规 色谱分析 主要保护设备及功能介绍 2020 2 17 3 外部联结形式 主要部件介绍 主变都是单相分体结构 与发电机 500kV开关站之间为 Y0联结 中性点直接接地 低压侧与系统分相隔离强迫空气冷却封闭母线相连 高压侧与系统SF6绝缘母线 GIC 相连 2020 2 17 4 系统接线示意图 2020 2 17 5 系统三相主变 2020 2 17 6 一次连接外形图 2020 2 17 7 主变外形布置图 2020 2 17 8 主变外形布置图 2020 2 17 9 主变外形布置图 2020 2 17 10 主变油枕及联结管线 2020 2 17 11 主变冷却器及外形布置 2020 2 17 12 主变高 低压 中性点套管安装布置形式 2020 2 17 13 主变总体侧视图 从东侧看 2020 2 17 14 主变总体侧视图 从高压侧看 2020 2 17 15 主变总体侧视图 从低压侧看 2020 2 17 16 主变总体侧视图 俯视图 2020 2 17 17 低压软连接 每相主变有两组低压软连接 三相共6组低压软连接 每组软连接包括32根软连接铜辫 为24根 低压软连接的主要作用是在主变低压套管出线端与封闭母线 IPB 之间提供一个维修 隔离接口 在正常运行期间确保可靠 良好的接触 发热温升应控制在一定范围内 90 低压软连接由于套管接线端与IPB接线端接口不一致 在软连接与套管接线端之间增加了过渡板的连接形式 2020 2 17 18 2020 2 17 19 主变低压软连接照片 2020 2 17 20 主变低压软连接上 下接线端子 2020 2 17 21 低压套管 主变为36kV 20kA 瓷导杆式大电流套管 外部瓷套与内部导电体之间有绝缘套和充绝缘油 主变为36kV 16kA 电容型大电流套管 外部瓷套与内部导电体 铸铝 之间有树脂浇铸铝箔 纸电容芯子 空隙部分充绝缘油 外部设置供测量套管介损的分接头 2020 2 17 22 主变低压套管在变压器内部一端及接线联结 2020 2 17 23 主变低压套管 低压套管照片 低压套管结构剖面图 2020 2 17 24 主变高压套管 主变使用500kV 2kA 环氧树脂浇铸纸绝缘电容型SF6 OIL超高压套管 主变使用500kV 2kA 油侵渍纸绝缘电容型SF6 OIL超高压套管 套管本体安装两个储油罐 装设低油压和高油压压力开关报警保护 低油压报警表示可能存在漏油情况 高油压报警表示可能SF6气体漏入套管本体 2020 2 17 25 主变高压套管照片 套管油侧一端 套管SF6一侧 2020 2 17 26 主变高压套管照片 高压套管在变压器内部与高压引线联结 高压套管绝缘测量端子 2020 2 17 27 高压套管法兰部位 高压套管油枕 高压套管油压开关 2020 2 17 28 主变中性点套管及与接地母线联结 33kV 2000A油 空气型内部充油纯瓷套管 45kV 2000A油 空气型 纯瓷套管 主变中性点套管有油位指示 正常运行时需定时检查油位情况 油位应在套管冷油位标志以上 主变中性点套管没有油位指示 2020 2 17 29 主变中性点套管结构图 油位视窗 中性点套管 中性点套管 2020 2 17 30 中性点套管及连接 2020 2 17 31 有载调压开关 每相主变装有分接绕组和高速过渡电阻型有载分接开关 分接绕组连接在高压绕组中性点端子一侧和中性点引线之间 高压侧电压可调节范围为 13 32 至 6 66 主变有载调压开关 OLTC 型号为TII10021019W 主变有载调压开关为RII1202 72 5 D10191WP 2020 2 17 32 有载调压开关 有载调压系统主要由分接绕组 切换开关 选择开关 切换开关油室 机械传动联结 机械步进驱动控制装置 三相电气操作控制装置 主控室操作 控制按钮 有载调压开关通过选择开关可以在就地 和主控进行操作 每次只能进行一步操作 三相有载分接开关之间没有机械连接 通过同时对三相发送电气信号操作指令实现同步动作 2020 2 17 33 有载调压开关内部结构 2020 2 17 34 主变铁心及结构形式 铁心由导磁材料硅钢片叠制而成的 它是激磁电压产生主磁通的回路 铁心主要作用是导磁 形成主磁通的闭合回路 是能量交换的中间媒介 一般都采用0 27 0 3mm厚度的晶粒取向冷轧硅钢板作为铁心导磁材料 铁心片表面有一层绝缘 主变铁心结构形式为单绕组柱式 两侧带有盘柱 绕组柱中间设有纵向冷却油道并绝缘 这个铁心横向设有一个冷却油道间隙 主变铁心结构形式为双绕组柱式 两侧带有盘柱 这个铁心横向设有多道冷却油道间隙 2020 2 17 35 主变铁心结构示意图 1 2020 2 17 36 主变铁心机构示意图 1 2020 2 17 37 2号机主变备用相铁心叠装完成后照片 1 2020 2 17 38 2号机主变备用相铁心叠装完成后照片 2 2020 2 17 39 主变铁心结构图 1 2020 2 17 40 主变铁心结构图 2 2020 2 17 41 主变铁心叠装后照片 1 2020 2 17 42 主变铁心叠装后照片 2 2020 2 17 43 主变绕组结构及特点 绕组组成结构 绕组从内向外依次由低压线圈 高压线圈 分接线圈以及线圈之间的围屏 绝缘垫块组合而成 绕组上 下端部由分别由两块绝缘木板夹持 两个绕组柱分别装在两个铁心柱上 在电气上并联联结 各承担50 负荷电流 高压绕组和分接绕组在每个绕组柱上又分为上下两部分线圈 在电气上并联在一起 因此 高压绕组和分接绕组由四部分线圈并联构成 绕组结构特点 低压线圈为滚动螺旋结构 由20根纸包绝缘铜导线并联绕制 每根纸包绝缘铜导线内部是由多股漆包绝缘扁铜线连续换位组成的 这样做的目的是循环电流的产生 纸包绝缘导线并联绕制在一个绝缘纸桶上 与纸桶之间由绝缘垫条留出冷却油流通道 沿轴向方向每隔一定距离 在导线之间用绝缘垫块留出冷却油流间隙 20根纸包绝缘导线从绝缘纸桶一端连续并绕到另一端终止 共39匝 低压线圈两个端子引线分别从线圈两端引出 2020 2 17 44 主变绕组结构及特点 续 绕组结构特点 高压线圈结构类型为纠结饼式结构 是超高压电力变压器高压绕组通常采用的一种结构形式高压线圈由若干纸包绝缘扁导线进行绕制 每根纸包绝缘扁导线由两根漆包绝缘扁导线组成 两个扁导线之间增加另外的绝缘条隔开 主要目的是减少漏磁在导线内产生的涡流损耗 高压绕组的纠结饼式结构主要增加绕组的纵向分布电容 控制好交错程度 使在冲击试验过程中得到电压的线性分布 高压线圈分布在两个铁心柱上 在每个铁心柱上 高压线圈由分成上下两部分 高压引线在线圈中部并联后引出 与另一个绕组对称部位并联引线并联联结后构成高压引线 高压线圈中性点引线分别从四个线圈顶部和底部引出 引出后联结到分接开关中性线连接点 分接开关与分接线圈分接头联结 经过分接线圈后由中性点引线联结到中性点套管下部端子 中性点套管经由中性点软连接连接到中性点接地铝母线 中性点接地铝母线在末端处穿过中性点电流互感器后由两根中性点接地电缆接地 2020 2 17 45 主变低压绕组正在绕制 1 2020 2 17 46 主变低压绕组正在绕制 2 2020 2 17 47 主变低压绕组正在绕制 3 2020 2 17 48 主变低压绕组正在绕制 4 2020 2 17 49 主变低压绕组连续换位导线 2020 2 17 50 主变高压绕组 2020 2 17 51 主变高压绕组 2020 2 17 52 主变分接绕组 2020 2 17 53 主变绕组组装 2020 2 17 54 主变低压侧 2020 2 17 55 主变高压侧 2020 2 17 56 主变绕组结构及特点 绕组组成结构 与主变类似 高压 低压和分接绕组套在铁心外呈同心圆分布 最里层低压线圈带绝缘纸桶紧靠铁心柱 依次是接地屏蔽 高 低压线圈之间的油纸间隙绝缘 高压线圈 引线屏蔽 高压 分接线圈之间的油纸间隙绝缘 分接线圈 最后用绝缘围屏包扎 低压线圈结构特点 低压线圈为双层螺旋式结构 由6根纸包绝缘连续换位导线 65 8 7 1 4 并联绕制 每根纸包绝缘导线内部有65根漆包绝缘扁铜线 漆膜厚度0 1 绕制在一个合成树脂浇铸的纸桶上 绝缘纸桶为低压线圈提供了支撑 同时也为铁心柱提供了绑扎支撑力 6根导线从纸桶一端并联绕制到另一端后再回头绕制回起始一端 形成双层结构 在绕制规程中沿轴向每隔一定绝缘留出4mm宽的油道 低压线圈两个出线端子从线圈一端引出 与低压绕组不同 低压线圈结构示意图 2020 2 17 57 主变绕组结构及特点 高压线圈结构特点 九层螺旋筒式线圈结构 三根纸包绝缘换位导线连续绕制 每根纸包绝缘由27根 7 5 1 2 漆包绝缘铜线连续换位组成 九层螺旋线圈同轴沿径向排列 层间串连联结 高压引线从顶部引出 在线圈层间留出垂直冷却油流通道 强迫冷却油流对每层线圈一侧或两侧提供冷却 冷却方式与低压线圈相同 油流在垂直和水平两个方向流动冷却 该层式结构导线间电压差只有一匝电压 与饼式结构有一饼匝数电压差要小的多 一般至少要十倍以上 另外多层筒式结构的冲击电压梯度分布性能基本上呈线性均匀分布 这是该结构的优点 但机械强度较难保证 分接线圈 分接线圈为交错多层布置结构 主要用来取得线性冲击电压分布 2020 2 17 58 主变开罩后整体照片 2020 2 17 59 主变绕组布置结构示意图 2020 2 17 60 主变铁心底部支撑 紧固结构 2020 2 17 61 主变绕组紧固结构 2020 2 17 62 主变外壳底盘 2020 2 17 63 主变高压引线布置结构 2020 2 17 64 绕组强迫冷却油流示意图 2020 2 17 65 主变油枕结构图 2020 2 17 66 变压器内部磁屏蔽 磁屏蔽的功能特点介绍 对变压器绕组端部漏磁场进行屏蔽 形成短路回路 阻止漏磁通进入油箱外壳引起过热磁屏蔽一般由硅钢片导磁材料叠制而成 主变在绕组下端部和油箱壁都安装了磁屏蔽 主变只在绕组上下端部装设有磁屏蔽 2020 2 17 67 变压器电屏蔽 电屏蔽的功能特点介绍 为改善变压器高压引线端部在冲击电压作用下的电压分布特性 在高压引线部位安装电屏蔽 通过改变引线对地电容分布来改变冲击电压分布 即使电压分布接近均匀 电压屏蔽有接地方式的 也有不接地方式 2020 2 17 68 主变主要监测参数及其意义 运行监测及判断 主变总体巡视检查 呼吸器硅胶颜色及油封油位 冷却器散热片有无异物附着堵塞检查 油 绕组温度检查及记录 2020 2 17 69 主变主要监测参数及其意义 运行监测及判断 顶层油 绕组温度检查 油温探头及测量套管 负荷电流补偿 电流互感器 温度指示意义油温指示为实际顶层油温绕组温度指示为一个模拟温度 即顶层油温 运行负荷电流补偿温升 判断标准油温指示正常应在70 以下绕组温度指示指示应在80 2 以下 异常可能原因主控 就地指示仪表故障冷却器故障 油泵 风扇跳闸等 主变本体故障 过负荷 内部过热 2020 2 17 70 主变主要监测参数及其意义 运行监测及判断 冷却器运转状态及符合性确认每组冷却器运行时 油流指示在 ON 的位置 三台冷却风扇运行正常 结合定值 根据实际绕组温度指示判断冷却器启 停符合性 在 80 2 应有四组运行 60 2 应只有两组运行 60 80 之间 取决于降温或升温过程 冷却器起 停设定两组冷却器主变送电即启动 另外两组冷却器在 80 2 启动 60 2 停止 一组冷却器处于备用状态 所有五组冷却器每周轮流切换设置状态 备用 带电启动 温度启动 冷却器启动情况与其起 停绕组温度定值符合性检查 2020 2 17 71 主变主要监测参数及其意义 运行监测及判断 检查内容及判断硅胶正常为蓝色 吸收水分 潮气后变为白色 粉红色 硅胶变色高度达到一半以上后应对硅胶进行更换维护 油封对硅胶起到保护左右 阻止与空气直接接触和快速失效 油封油位小于刻度线时应进行补油维护 主 OLTC油枕硅胶呼吸器检查 主油枕呼吸器 OLTC呼吸器 油封 2020 2 17 72 主变主要监测参数及其意义 运行监测及判断 油位指示检查 油位指示检查判断主变油位指示包括主油枕油位和OLTC油位 正常油位应 20 MAX刻度位置 油位异常原因油位指示表故障 发生漏油情况 过度取样用油 油位指示表 主油枕 OLTC油枕 2020 2 17 73 主变主要监测参数及其意义 运行监测及判断 主变噪声检查与判断 主要噪声来源主要来源于铁心的磁致伸缩应变效应 而铁心的磁致伸缩是由于铁心中磁通密度的交替变化而产生的变压器在负载时 绕组线圈由于交变电磁力的作用也会产生振动和噪声 但贡献不大 变压器的冷却风扇 冷却油泵以及风流和油流等冷却循环相关部件和冷却介质的振动和流动 油箱上局部或安装部件 铭牌 电缆桥架等 自然频率接近100 200 300 400HZ时发生共振而使噪声加强 异常噪声识别由于铁心的磁致伸缩应变效应 产生的噪声是主变的主要噪声来源 正常是 嗡嗡 的声音从空载到满负载时绕组线圈产生的噪声增量 一般只有4 5分贝 冷却器油泵 风扇产生的噪声与主变本体内部铁心 线圈等的噪声明显不同 易于识别 油箱壁或安装部件发生较大共振噪声时 只要将手按住相应部位即可消除或减少噪声 如发现除了以上来源噪声或异常噪声 噪声增大情况时 应通知相关专业人员进一步确认 特别是主变本体内部发出有别于规律性 嗡嗡 的声音 2020 2 17 74 主变主要监测参数及其意义 运行监测及判断 厂变呼吸器 厂变呼吸器原理 厂变呼吸器与主变呼吸器不同 是一个利用制冷原理除去与变压器交换空气中潮气的装置 厂变油枕是开放式的 空气通过呼吸器除去潮气后与油直接接触 与主变 厂变呼吸器原理一致 该呼吸器对油枕顶部空间的空气 包括呼吸进入的新空气 进行不断循环制冷以去除潮气 每制冷工作6小时后进行1小时的加热除霜工作 以去除制冷过程中结成霜的潮气 主要检查内容 呼吸器正常制冷工作电流应在5 7A 正常除霜工作电流在4 6A超出次范围时对制冷 除霜效果将会有较大影响 定期按压除霜按钮 检查除霜工作电流是否正常 定期检查制冷 除霜循环次数 计算两次间隔之间平均每天循环次数 应为4次 2020 2 17 75 OLTC分接位置检查 主变主要监测参数及其意义 运行监测及判断 OLTC分接位置指示 有载调压开关在就地共有三个装置上有分接位置指示 主变每相本体上有载调压开关端板上有个分接位置指示 该指示直接与分接开关内部机构相连 指示分接位置最为可靠 在每相分接开关操作箱本体上有一个分接位置指示 通过操作连杆的动作指示分接位置 在分接开关总控制柜中有三个电子显示的分接位置指示 该指示来自分接位置传感器信号 另外 在主控和KIT中也有分接位置指示 但只显示一个设置为主动操作相的位置指示 代表三相位置 OLTC分接位置检查一般检查就地操作机构上三相位置指示是否一致 但三相位置指示出现不一致时 会发出报警 2020 2 17 76 定期油样分析检查 油样分析 油质检查 功能 绝缘介质 击穿电压 油中含水量 与油温相关 颗粒度 含气量 油处理 可正常使用 变压器内部状况 过热 放电等 通过气相色谱分析油中溶解的相关气体 烃类 CH4 C2H6 C2H4 C2H2 其他气体 H2 CO CO2 跟踪监测浓度水平和增长速率变化情况 发现异常后根据IEC599 国标等相关标准结合实际经验判断内部是否存在故障 故障性质 大小等并跟踪故障发展变化情况 故障定位 可能时 采取相应措施 降负荷 停机等 冷却介质 颜色 酸值 表面张力 悬浮物质等杂质 油更换 体积电阻率和介损 油常规或全项检测 半年 油色谱分析 每月 2020 2 17 77 定期油样分析检查 色谱分析判断变压器内部故障原理及方法 基本原理变压器油和绝缘材料发生过热 放电或电弧故障时 由于分解而产生一些溶解于油中的气体产物 由于上述故障而产生的溶解气体含量 种类以及比例等与故障性质 温度高低以及涉及到的材料有一定的相关和规律性 通过试验和实际经验总结处理通过油中溶解气体含量 比例等判断故障存在 性质 大小的导则 相关导则及方法通过试验和经验积累 目前可应用IEC40599标准 IEEE标准 国标或气体经验判断 主要方法有 特征气体法 气体比值法 三比值 四比值等 2020 2 17 78 定期油样分析检查 三比值法判断变压器内部故障 2020 2 17 79 三比值法判断变压器内部故障 定期油样分析检查 2020 2 17 80 3 主要保护设备及功能介绍 2020 2 17 81 主要保护设备及功能介绍 主变瓦斯 油流保护 瓦斯保护基本原理主变本体内部发生过热 短路 放电等故障时会使油分解产生气体以及带动油的涌动 通过监测气体的产生或气体 油流的涌动对变压器进行报警或跳闸保护 瓦斯保护功能 特点保护动作通过气体 油流涌动以及机械传动触发电气触点 比电气保护动作速度慢瓦斯保护设有两级 第一级为轻瓦斯报警 内部故障较轻时 通过气体积聚达到设定值后触发报警 报警后可通过取气样 油样等对故障进行进一步确认 第二级重瓦斯油流冲击保护 内部严重故障产生的气体和油流冲击触发电气触点闭合而发出跳闸指令 当发生泄漏油等故障 油枕内油下降到瓦斯继电器以下时也会触发瓦斯保护报警和跳闸指令 2020 2 17 82 主要保护设备及功能介绍 OLTC油流冲击保护 OLTC油流冲击保护功能特点 当有载调压开关切换开关发生放电 电弧等故障时产生油流涌动 冲击油流沿着与OLTC油枕连接管冲向油枕方向 通过连接管中连接的油流继电器时 带动油流继电器挡板 从而触发跳闸触点发出主变跳闸信号 油流继电器的油流挡板正常由电磁力保持正常位置 但受到油流冲击后 挡板发生位移而触发触点开关 大修时通过测量保持该挡板的力的大小来校验保护定值 2020 2 17 83 主要保护设备及功能介绍 油 绕组温度高报警 报警功能及定值 油 绕组指示表指针转动时带动电气触点开关传动机构 当达到温度设定值时 相应电气触点闭合发出温度高报警信号 目前主变油温高报警为 105 高高 115 绕组温度高报警为 120 高高 130 已取消温度高跳闸设计 绕组温度高报警根据经验反馈目前改为80 报警可能原因及行动 冷却器故障跳闸 但未发出报警 现场也未及时发现 主变过负荷运行 环境温度过高 温度指示器等相关接线 触点故障产生的误报警 由于内部故障等引起温度升高 发生温度高报警首先现场确认温度指示 有无冷却器故障 与其他相比较 排除仪表故障等 必要时通过降负荷措施降低温度 2020 2 17 84 主要保护设备及功能介绍 油位监测报警 油位报警功能 主变主油枕 有载调压开关油枕装设油位监测报警装置 当油位降低到设定值时发出报警信号 主油枕油位低报警定值 90mm 分接开关油枕报警定值 20mm 报警可能原因及行动 报警回路短路 油位开关等故障引起的误报警 主油枕油保护胶囊卡涩也能造成虚假油位 出现油泄漏故障或取油样过度引起油位下降 2020 2 17 85 主要保护设备及功能介绍 油箱压力释放保护及报警 压力释放阀功能 在主变本体顶部高 低压侧各装一个压力释放阀 在压力释放阀外部安装有油流导向装置 将释放出的变压器油导线地面 防止向四周喷射 当由于内部过热 短路等突发故障或其他原因引起油箱本体内部压力升高后达到压力释放阀设定值时 压力释放阀自动打开 为油箱内部压力提供释放通道 起到保护油箱本体 防止过大的压力损坏油箱本体或发生爆炸事故 同时向主控提供报警或跳闸 信号 压力释放阀在压力降低到定值以下后 可以自行恢复关闭状态 压力释放阀上有动作指示标志 动作后中间红色键弹出指示动作情况 另外 压力释放阀装有模拟压力高动作按钮 大修中可以扳动该机构模拟验证信号回路 压力高定值为 0 7bar 可能原因及行动 当油枕呼吸器发生堵塞等情况可能引起压力释放阀动作和报警 报警信号回路发生短路等故障时可引起误报警 一般由于内部故障引起的压力释放阀动作和报警 是伴随保护跳闸动作之后的 当运行中仅出现该报警时 现场确认有无油的释放 通知维修检查相关回路 2020 2 17 86 主要保护设备及功能介绍 油箱压力释放阀 2020 2 17 87 主要保护设备及功能介绍 高压套管压力报警 报警功能特点 主变套管设有套管油压高 低报警 高压套管是树脂侵渍纸绝缘套管 没有此报警 套管油压高报警定值为 2 7bar 油压高报警定值 0 4bar 可能原因及行动 套管油压高报警可能由于SF6泄漏到套管内部引起 套管油压低报警可能由于套管本体发生油泄漏引起 真实的套管油压低报警比较危险 当套管油泄漏后空气进入 可能引起套管绝缘击穿而套管发生报警等事故 套管厂建议将油压低报警送跳闸保护 目前只送报警信号 法国核电站曾因套管油压低导致机组速将负荷检查处理 调试期间发生过由于油压开关端子盒进水 引发报警故障 2020 2 17 88 主要保护设备及功能介绍 冷却器油流故障报警 报警功能 当冷却器运行中油泵发生故障 跳闸 出力不足等 导致冷却油流下降到报警定值时 发出报警信号 可能原因及行动 电气回路故障引起的误报警 油泵本体的电气 机械故障引起出力不足或油泵跳闸 就地检查冷却器情况 2020 2 17 89 主要保护设备及功能介绍 主变差动保护 主变差动保护基本原理基于基尔霍夫电流定律 节点电流定律 差动继电器比较被保护设备 区域的各支路的电流矢量 被保护设备发生短路 接地等故障后 各支路电流矢量和将出现差值 达到定值后启动保护动作 变压器一 二次绕组之间没有直接的电气联结 在稳态情况下 也可以看作是一个电气接点 主变查动保护主要功能特点差动保护动作电流整定在额定电流的20 左右对差电流CT范围以内的电气回路