高阻抗有载调压隔离变压器在自闭贯通电力线路中的应用.docx

高阻抗有载调压隔离变压器在自闭贯通电力线路中的应用王兰和 , 赵亚丽(石家庄供电段 , 石家庄050000 )摘 要 :在铁路自闭贯通供电线路实际运行中 , 由于种种原因经常发生有载调压隔离变压器烧损的事故 。介绍高阻抗有载 调压隔离变压器在自闭贯通电力线路中的应用 ,通过改变调压 隔离变压器的阻抗电压值 ,来提高其抗短路能力 ,提高其供电 的可靠性 。关键词 :供电线路 ; 隔离变压器 ; 阻抗电压 ; 抗短路能力压器额定电流的 25 倍。变压器二次侧所产生的短路电流的大小与变压器的阻抗成反比关系。常用有载调 压隔离变压器容量都在 400 kVA 及以下 ,变压器的阻 抗电压为 4 %时 ,根据化学出版社出版的工厂供电 中的公式 :2U K %UC中图分类号 : U223文献标识码 : BXT 100SN文章编号 : 1004 2954 ( 2006 ) 09 009003(其中 , U K %为变压器阻抗电压 ; UC 为线电压 ; SN为变压器阻抗 ) , 在变压器二次侧端子发生短路时其 短路电流计算公式为1 问题的提出2U 4 %10 kV 铁路自闭贯通供电线路在铁路电力设计规范中规定 40 60 km 为 1个供电臂。自闭贯通线回路 中都设 1 1有载调压隔离变压器 ,有载调压隔离变压 器有 3 个功能 :一是调整电压 ,满足电压质量要求 ; 二 是铁路自闭贯通线路与供电部门电源系统进行电磁的隔离 ,使保护有选择性 ,减少因铁路电力系统故障对供 电部门电源系统的干扰 ; 三是当相邻的配电室为同一 个供电系统 ,相位角不一致时 ,通过有载调压隔离变压 器组别的调整 ,使相位一致 ,达到在运行中并相倒闸的 条件。在实际运行中由于种种原因经常发生有载调压隔离变压器烧损的事故 ,石家庄供电段近几年来共烧Xp =( 1 )100S式中4 % 变压器阻抗电压 ;U 线电压 , kV;S 变压器容量 , MVA;Xp 变压器阻抗 ,。UI =( 2 )3Xp式中I短路电流 , A;U 线电压 , V;Xp 阻抗 ,。一般情况下自闭配电室内的调压隔离变压器容量为 200 kVA ,阻抗电压为 4 % ,当变压器二次侧发生短 路电流时 ,根据式 ( 1 ) 、( 2 ) ,短路电流计算结果为损有载调压隔离变压器的间接损失都很大。9 台 ,直接设备损失和对运输2 原因分析2U 4 % 102 4 %= 20=100S=1001002Xp010 kV 电力线路的经济半径为 10 15 km ,而铁路系统的自闭贯通电力线路的长度一般在 40 60 km , 有时甚至超过 60 km。由于线路较长 ,会因外界干扰 、 操作等原因造成线路短路故障 ,而这类短路故障在我 们段管内每一个供电臂每年可达十几次。在发生线路短路故障后 ,目前一般的事故处理方法是让工人到沿 线线路上分段打开线路的隔离开关由配电室进行试送 电 ,用送电成功与否来判断故障的地点和区域。因此 , 有载调压隔离变压器要反复受到短路电流的冲击 。从理论上来讲 ,变压器能够承受的短路电流为变U10 000I = 280 A3Xp 3 20从计算结果可以看出 ,在调压隔离变压器二次侧短路时短路电流可达到 280 A 左右 。200 kVA 调压隔 离变压器的额定电流为 11 A ,所允许的 25 倍短路电流为 275 A , 变压器的阻抗电压允许有 014 %的误差 ,也就是说在 316 % 414 %都是合格的。从产品的试 验数据来看 ,大部分厂家都掌握在负误差的范围 。如果 200 kVA 的调压隔离变压器阻抗电压做到 316 % ,变压器在二次端子上短路电流为收稿日期 : 2006 03 27; 修回日期 : 2006 06 05U作者简介 :王兰和 ( 1954 ) ,男 ,工程师。= 320 AI =3Xp铁道标准设计RA ILWA Y S TANDA RD D ES IGN 2 0 0 6 ( 9 )90王兰和 , 赵亚丽 高阻抗有载调压隔离变压器在自闭贯通电力线路中的应用电力 /电气化 其中 ,短路方式是在变压器二次端子处进行三相短路 ,送电次数为 3次 。 第一次短路电流值2U 4 %=100S= 18Xp这个短路电流数值比 200 kVA 隔离变压器允许承141120 A139184 A140148 A;IaIbIc受电流大 45 A。自闭电力线路的导线型号为 L GJ第二次短路电流值35 ,其阻抗为 1102 / km , 如果短路点距离配电室 5km ,其短路电流为 250 A; 在 2 km 处短路电流为 288A;在 1 km 处短路电流为 303 A。因此 ,在调压器二次 端及配出回路近端短路时可能要超出调压隔离变压器 允许承受的短路电流 ,如果在事故处理中反复对线路试送电查找事故点 ,那么调压隔离变压器就会反复受到短路电流的冲击 ,最后导致调压隔离变压器的烧损 。 如果变压器在制造时 ,生产工艺把关不严 ,造成产品制 造缺陷 ,更会加快变压器的损坏 。综上所述 , 调压隔离变压器烧损的主要原因是 : ( 1 )阻抗电压低 ,抗短路能力低 ; ( 2 ) 线路的特有长度 增加了短路故障的频率 ; ( 3 )故障地点的判断方法 ,使 调压变压器反复受到短路电流的冲击 ; ( 4 ) 变压器的 制造质量。138108 A137192 A140164 A;IaIbIc第三次短路电流值140196 A139112 A。IaIb139 AIc每次送电间隔 015 s (由重合闸过程完成 ) 。阻抗电压为 8111 %时 ,短路点设在变压器的二次 端子 ,其短路电流计算值为UI = 142 A3Xp其中 ,2U8111 %= 40155Xp =100S考虑误差及高压联接电缆 ,计算值与实际试验短路电流基本相符。312 变压器制造关键问题的处理( 1 )提高变压器动稳定特性的措施 变压器在运行中出现短路故障是不可避免的 ,一旦出现短路 ,短路电流可达到额定电流的数十倍 。这 样大的短路电流在变压器绕组中产生非常大的电动力 ,这个电动力主要分为轴向力和辐向力 ,如果变压器没有足够的机械强度 ,一旦遇到短路故障 ,将会遭到严 重破坏。在设计和制造中采取了以下措施 : 一是采取 加强型器身压紧结构 ,增大线圈端面的压接面积 ,克服 轴向电动力 ;二是提高绕组安匝平衡程度 ,以减少轴向 漏磁 ,进而达到减少轴向电动力的目的 ,三是绕组内部 采用棒式和板式支撑结构 ,绕组外缠绕高抗拉强度无 纬带以克服辐向电动力 。( 2 )抗雷电冲击水平和过电压能力的改善 为提高变压器抗雷电冲击水平和适应由于重合闸 、备自投引起的过电压能力 ,在设计中分别对绕组首 端和主纵绝缘采取了特殊的加强措施 ,改善了绕组的纵向电容分布 ,降低了层间电位梯度 ,提高了工频耐压 水平 ,收到了很好的效果 。产品顺利通过了雷电冲击 试验 ,一、二次的绕组均承受全波 105 kV、截波 115kV ,二次侧中性点 105 kV 全波试验 ,比国家标准提高了约 35 %耐压 ,并经受了现场运行考验。( 3 )提高变压器热稳定性和过负荷能力的措施 适当降低导线电流密度 ,采用高散热效率的膨胀散热器 ,严格控制绕组的热点温度 ,使之较负载导则的 规定有较大的裕度。( 4 )空载特性的保证 使用优质冷轧晶粒取向硅钢片 ,选用合理的磁通913 解决办法从原因分析中可以看出 ,改变调压隔离变压器的阻抗电压值 ,提高变压器的制造质量 ,提高调压隔离变 压器的抗短路能力 ,从理论及制造上是能做到的。311 阻抗电压的确定从理论上讲变压器阻抗提高 1 倍 ,变压器阻抗电 压提高 1倍 ,而变压器短路电流会降低 1 倍。经过与铁道部电气化局保定变压器厂的共同研究和计算 ,从经济角度及变压器制造的国家标准考虑 ,新的有载调 压隔离变压器阻抗电压确定为 8 % ,其二次发生短路 时短路电流为U= 140 AI =3Xp其中 ,2U8 %= 40=100SXp从计算结果看 , 200 kVA 调压隔离变压器阻抗电压提高 1倍后 ,短路电流降低了 1 倍。这个短路值比200 kVA 变压器允许短路电流值降低了 135 A。 为了验证计算的正确性 ,笔者在石太线白羊墅车站配电室 (微机保护配电室 ) 进行了实际短路试验 。 试验所用记录设备为 DCA P3005 系列线路监控系统单元 ,系统功能有电气测量、事故记录 、故障录波、显示与 设置。该设备电流测量精度为 1 5 A 2 % ,保护测量精度为 1 % ,保护动作精度为 5 % 。采用的变压器型号SZ9、电压 10 /10 kV、阻抗电压 8111 % 、容量 200 kVA。铁道标准设计RA ILWA Y S TANDA RD D ES IGN 2 0 0 6 ( 9 )王兰和 , 赵亚丽 高阻抗有载调压隔离变压器在自闭贯通电力线路中的应用电力 /电气化 密度 ,严格控制硅钢片的剪切质量 ,确保铁损符合国家标准 ,空载损耗不大于 ( 1 15 % ) 470 W ,负载损耗不 大于 ( 1 15 % ) 2 600 W。( 5 )少维护、无维护原则的实现 随着电力设备检修制度的改革 ,现场所需少维护免维护的设备越来越多 ,为了适合这一要求 ,新调压隔离变压器在设计上采用了膨胀散热器全密封结构 ,从 而达到降低维护费用 ,提高产品运行可靠性 。令UR低 % / S低 = UR1 %UX低 % / S低 = UX1 %UR高 % / S高 = UR2 % UX高 % / S高 = UX2 %UR低 % 低阻抗变压器阻抗电压电阻分量 ;UX低 % 低阻抗变压器阻抗电压电抗分量 ;S低 低阻抗变压器的容量 ;UR高 % 高阻抗变压器阻抗电压电阻分量 ;UX高 % 高阻抗变压器阻抗电压电抗分量 ;S高 高阻抗变压器的容量。式中( 2 )并网时应注意的问题保证两方配电室两个隔离变压器的组别相同。保证两方配电室两个隔离变压器接入时三相的 相序相同 ,否则其循环电流特接近于相间短路电流 ,会 使断路器跳闸 。各档位电压比相同 ,否则会出现环流。因为并 网的变压器为有载调压变压器 ,有各自的电压取样及 开关操作控制系统 ,在并网时如若电压产生较大波动 , 不能保证并网变压器同时调压换档 。因此 ,建议在并 网时高阻抗变压器其开关操作控制采用手动人工控制 模式 ,以保证并网变压器工作在同一电压比档位上 ,待 并网退出后 ,高阻抗变压器恢复其自动调压功能。在既有设备进行改造时 ,因短路电流的降低 ,需 对原有的保护定值进行计算和调整 ,以满足保护需要 。4 运行效果新型高阻抗调压隔离变压器在制作完成并进行了型试试验和现场模拟短路试验后 ,分别安装在了石太 线简子沟配电室和工业站配电室 ,两配电室原使用的 SZ7型调压器 ,阻抗电压为 4 % ,都因发生短路故障烧 损 ,更换为新型 SZ9GM K系列容量为 200 kVA 阻抗电压 8111 %的调压器后 ,发生短路故障并多次进行故障判断的投切 ,调压变压器都运行正常。通过以上 2台 SZ9GM K系列调压器运行情况看 ,新型高阻抗调压变压器提高了抗短路能力 ,阻抗电压的提高降低了短路电流 ,改善了铁路供电系统的稳定性 。铁道专用10 kV 高阻抗有载调压隔离变压器在 2005 年 11 月 11日通过了河北省科技厅组织的新产品鉴定。5 新旧有载调压变压器更换过程中应注意的问题6 建议( 1 )自闭 、贯通电力线路如果相邻两所为同一个供电系统时 ,在停电 、送电过程中有短时并网运行的可 能 。在新旧有载调压隔离变压器更换过程中总有 1 个变电所为低阻抗有载调压隔离变压器运行 ,当高低阻抗 2个变压器并网后 ,其负荷的分配与各自的阻抗电 压成反比 ,与各自的额定容量成正比 。2 台电压比及 联接组别相同而阻抗不同的变压器 ,并网时分配到各 自的电流值不同 ,容量相同时阻抗低的变压器分配的电流大 ,而阻抗高的变压器分配的电流小 。两者之和 基本上为负荷电流。由于原低阻抗变压器的容量即可 满足负荷要求 ,并网时又有高阻抗变压器的分流 ,为原 低阻抗变压器减轻了负荷 。计算公式为随着铁路建设的发展新建设越来越多 ,笔者建议设计单位在进行自闭贯通配电室设计时 ,考虑采用高 阻抗有载调压隔离变压器 ,以提高变压器的抗短路能力 ;运行部门应根据自己的经济能力逐步更换低阻抗的调压器为高阻抗的调压变压器 , 以提高供电的可 靠性。参考文献 : 1 铁道部专业设计院主编 ,铁路工程设计技术手册 K . 北京 : 中国铁道出版社 , 1991.王兰和. 高次谐波对自闭供电的影响及采取的对策 J . 铁道标准 设计 , 2005 (3 ).王兰和 ,张国斌 ,于东兰. 自闭 10 kV 系统单相接地引起过流保护 动作原因分析 J . 铁道标准设计 , 2004 (6 ).于东兰 ,王兰和 ,张国斌. 铁路自闭贯通 10 kV 电力线路电压损失 计算公式探讨 J . 铁道标准设计 , 2003 (10 ).变压器