变电站一次设备的运行检修技术培训讲义

1变电站一次设备的运行、检修技术培训讲义内容提要：本讲义主要是介绍输变电设备新技术应用和发展，包括变压器、互感器、电抗器、高压套管、高压断路器、电缆、电力电容器及电力设备状态检测技术；主要是供从事变电站工作人员扩展专业相关知识，为在专业工作中了解和应用新规程、新规定、新技术起导引作用。第一章输变电设备第一节变压器一.变压器技术的发展电力需求的不断增长，意味着超高压输电电压的提高。不少国家为解决能源消耗过于集中及用户与电源相隔甚远的矛盾，近年来已采用500-750-1000kV的输电网络，因此相应而来的特高压变压器发展十分迅速。变压器的绝缘基本上由纸和油构成。但随着绝缘技术的进步，为提高变压器的可靠性和经济性，变压器制造部门开发利用了计算机进行优化设计。在电场计算技术中，应用差分法，电荷重叠法及有限元法并趋于自动化和通用化。此外对磁场，机械力以及结构、电位振荡、温升，噪音等进行分析，力求在降低损耗，缩小尺寸，减轻运输重量等方面有新的突破。二.变压器的基本原理变压器是一种静止的电器。它由绕在同一个闭合的铁芯上的两个或两个以上的绕组组成，通过交变磁场的联系，把一种交流电的电压2和电流转变为频率相同的另一种或几种数值不相等的电压和电流。变压器的工作原理是电磁感应定律，俗称“电生磁，磁生电”。即将低电压升为高电压或将高电压降为低电压供不同电网使用。三.变压器的种类1.按用途可分为：1.1电力变压器；主要用于我们电力系统中升压或降压。已形成系列，容量和电压都有一定的等级。1.2试验变压器；产升高电压供试验电气设备用。1.3量测变压器；作计量用如电压互感器、电流互感器等。1.4其他用途变压器；如电炉变压器、整流变压器、电焊变压器等。2.按结构可分为：2.1双绕组变压器2.2三绕组变压器2.3自耦变压器3.按相数可分为：3.1单相变压器3.2三相变压器3.3多相变压器（如整流用六相变压器）4.按冷却条件可分为：油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环风冷或水冷等5.按调压方式可分为：5.1无载（无激磁）调压变压器35.2有载调压变压器6.按中性点绝缘水平可分为：6.1全绝缘变压器（中性点绝缘水平与首端绝缘水平相同）6.2半绝缘变压器（中性点绝缘水平比首端绝缘水平低）四.变压器的基本结构每台变压器主要由铁芯、线圈、绝缘材料、油箱、套管、冷却系统和其它附件等组成。1.铁芯1.1铁芯的形状常用的变压器铁芯有方形、十字形和多级阶梯形等多种形状。目前使用比较多的是多级阶梯形。1.2铁芯的型式变压器的铁芯有芯式（内铁式铁芯）和壳式（外铁式铁芯）两种。1.2.1芯式结构即铁芯柱是内接园多截面，外部套装线圈，一般分为单相二柱；单相三柱；三相三柱；三相五柱。目前已被广泛使用。1.2.2壳式结构即芯柱是方形的，铁芯将绕组包围，故称之为壳式变压器。其特点是结构紧凑，机械稳定性好，线圈内油隙大，冷却效果良好。因此效率高，损耗小，噪音水平低。缺点是容量不能做得太大。1.3.铁芯的材料和工艺铁芯材料现在都采用质量高的冷轧硅钢片，如日本的G6H、法国的M6X等牌号，其厚度为0.3-0.23m/m。近年还应用激光照射硅钢4片的新工艺，如ZDKH型超低损硅钢片，损耗可降低10%左右。铁芯采用优质冷轧取向硅钢片叠成，不涂漆，不退火，全斜无孔步进搭接，无纬玻璃丝带绑扎。工艺上采用先进的工装定位，不迭上铁轭。降低了损耗，振动和噪音也较低。铁芯柱及旁柱(也叫边柱或旁轭)上均装有磁屏蔽，以减缓铁芯阶梯菱角处的场强，降低局部放电水平，对于大型变压器，每隔一定迭层还设有油道使冷却效果更好。2.线圈为减小变压器体积和降低损耗，除减少绕组匝数和绕组平均长度外，还要改进绝缘结构，提高绕组机械强度，目前国内外制造厂采用的高压绕组形式有饼式绕组——其中又分为插入电容式（内屏蔽绕组）和纠结式（普通和插花纠），这两种方式主要是增加绕组的纵向电容，使冲击电压分布得到改善。层式绕组——这种结构是同心式线圈最简单形式，工艺性好，便于绕制，层间油道散热效率高，为使起始电压分布均匀，线圈内层放置有静电屏，层间绝缘为电缆纸质油道，线圈两端均用绝缘件填平，不足之处是端部支撑稳定性差，在超高压变压器中，因绝缘层较厚不易彻底干燥。变压器的线圈，对于大型超高压产品，绕组采取不浸漆，并利用较先进的煤油气相干燥工艺进行恒压干燥，导线材料用无氧电解铜拉成，外包纸绝缘，根据产品电压级的不同，采用不同的匝绝缘厚度，如110kV为1.35mm;220kV为1.95mm；500kV为2.3mm以上，匝绝缘用纸为0.055mm高密度电缆纸。为提高变压器的抗短路强度和降5低附加损耗，根据设计要求，分别采用组合导线或者自粘性换位导线以及半硬导线，其应力σ0.2≈160-200N/mm2。3.绝缘材料当今国内外制造厂生产的大型变压器，绝缘材料大量使用绝缘成型件和组合式绝缘。引线采用多重隔板绝缘，如魏德曼公司生产的波纹栅结构，用于引出线的绝缘，可大大缩小它绝缘尺寸。端部绝缘将金属压板改为层压木板，对提高端部绝缘强度，降低局部放电，减少杂散损耗带来好处。4.油箱油箱主要有吊器身油箱和吊器壳油箱（也称种罩式油箱）两种。采用的钢材为低炭钢，伸张强度（12mm厚）为41-42kg/mm2，焊接工艺为CO2气体保护埋弧焊，油箱表面经喷砂除锈，采用X射线探伤和导通法，最后经水压试验。为防止漏磁在箱壳上引起局部过热，对立于线圈距离近的箱壁用铝板（电屏蔽）或硅钢片（磁屏蔽），前者降低负载损耗2%，后者可降低负载损耗8%，油箱均能随全真空抽试。5.套管套管外绝缘一般采用瓷绝缘套管，但也有使用硅橡胶绝缘套管。套管芯均采用油低电容型，整体装配用压力弹簧通过导杆压紧，为全密封结构。目前在超高压产品上，逐步在采用干式套管或充SF6气体的套管。6.冷却系统6冷却系统由冷却器、变压器油、风扇和潜油泵等组成。大型变压器均采用高效铝合金冷却器，单台容量可达到300kW，并配置有噪音低的风扇和潜油泵。潜油泵，过去为1500转/分钟，轴承易发生磨损，近年来，应用900转/分钟的低转速泵，防止轴承磨损取得较好效果。作为变压器绝缘和冷却介质主要是变压器油，在超高压变压器中，为保证油的介电性能稳定性，均要求采用环烷基油。此外，高燃点（312°）变压器油在美国已有应用，SF6绝缘的变压器在日本已大量在电网中使用。7.其它附件7.1压力释放器安装在变压器油箱上，过去采用的防爆管已由压力释放器取代。当变压器发生内部故障时，压力阀动作释压，发出信号。压力释放器的规格一般为0.5kg/cm2和0.8kg/cm2。7.2有载调压开关电压是电力网中的一项重要质量指标。由于用电负荷的变动，将会出现电压编移，其变动范围规定要求不得超过额定值的±5%，为此在电力系统中采用自动调压措施来调整系统中各点的电压，目前在电力网中的调压手段主要有发电机调压；变压器调压；同步静止电容补偿调压等。变压器有载调压是在变压器励磁或负载状态下改变绕组分接位置的一种装置。7有载调压分接开关的基本原理，是在不中断负载电流的情况下，由变压器绕组的一个分接头，切换到另一分接头，以改变变压器的电压比，从而实现调整电压的目的。7.2.1有载调压开关种类有载调压开关按限流方式分为电抗式和电阻式两大类。电抗式——它的电抗器装在变压器油箱内，允许跨桥使用时，能增加调压级数，由于电抗器始终接入电路中，故损耗大，且电抗式不易熄弧，所以现在已被电阻式所代替。电阻式——两个分接位置变换时，由过渡电阻加以限流。这种型式的开关，由过渡电路（切换开关部分）选择电路（选择开关部分）调压电路（线性调压，正反调压和粗细调压三种）组成。7.2.2机械寿命在有载调压开关的结构中，机械运动部分是开关的关键环节，对于满足长时间连续动作的次数称为机械寿命，国标规定机械寿命至少50万次，先进国家的产品已达到80-100万次的水平。7.2.3电气寿命电弧触头的电气寿命，直接影响维修周期和工作量。因此，要求分接开关应具有高的电气寿命，国标规定触头电气寿命不低于5万次，先进国家已高20-30万次。7.3压力释放器安装在变压器油箱顶上，过去采用的防爆管已由压力释放器取代。当变压器发生内部故障时，压力阀动作释压，发出信号。压力释放器的规格一般为0.5kg/cm2和0.8kg/cm2。五.变压器运行8变压器在运行中，常受到严重的电应力和机械应力的冲击，为提高变压器的安全可靠性，避免事故，除有高质量的产品之外，特别要注意的是认真细致地管理好变压器，这对于超高压，大容量变压器尤为重要。一般在变压器安装竣工后，按规定项目要进行本体及绝缘油的全部试验，合格之后，则具备通电运行的条件。此后，运行部门应把加强运行维护作为重点，以确保变压器的正常使用和预期寿命。1.变压器投运前的检查1.1变压器保护系统的检查1.1.1熔丝保护的检查1.1.2继电保护装置的检查1.1.3瓦斯保护的检查1.1.4防雷保护的检查1.2监视装置的检查检查所有指示元件是否正常，如电压表、电流表、压力释放器、油流指示器，油位指示器、温度指示器。对于用来启动变压器油循环的油泵及风扇的温度计接点，如果是用油温来启动，则整定在60℃，如果是用绕组温度来启动则整定在75℃。1.3冷却系统的检查检查油泵及风扇的旋转方向是否符合规定的方向。对于水冷变压器，要使水压不大于最低油压，以免水渗入油中。1.4外壳检查1.4.1检查变压器油箱上及其它升高座部位的放气塞，要将积气放净，9以免气泡进入高电场区引起电晕放电或进入瓦斯继电器中发生误报警。1.4.2检查所有阀门，应置于正确位置。1.4.3变压器上的导线，母线以及接地连线是否牢固可靠。1.4.4检查变压器上各带电体到地的距离，应符合要求。1.4.5检查密封垫的所有螺栓，要足够紧固。1.4.6检查带驱动机械的有载调压分接开关状况，如分接位置指示，限位装置和计数器等。1.4.7检查变压器上（含控制柜等）不要残留仪表及工具。1.4.8对于半绝缘产品，投运时应将中性点接地，以免过电压造成绝缘击穿。2.变压器运行中的检查运行中的检查是发现变压器异常的必要手段。根据重要性的不同，原则上每值1次，主要检查：2.1变压器各部温度指示和各种仪表的运行情况及抄表。2.2变压器油位是否符合正常的油位——油温曲线，油温是否正常。2.3油箱、套管、阀门、冷却装置、压力释放器、油管和法兰有无渗漏油。2.4变压器本体及冷却器振动和响声是否正常。如励磁声音的变化，油泵磨损，风扇振动加大等。2.5套管情况主要检查有无裂纹，污秽、渗油，局部过热和绝缘性能有无变化10等。2.6呼吸器的干燥剂是否变色（当2/3以上由兰色变成浅紫色时，应进行更换）2.7有载调压开关装置的操作机械动作情况。3.定期检查3.1油的色谱分析，应每年1-2次，总烃不大于150μL/L。3.2油中微量水分检测1-3年1次，110kV不大于30μL/L。3.3有载调压开关的检查3.3.1运行开始1万次或者1年进行第1次检查，5万次或5年以内，3万次或2年以内。主要检查切换开触头，和限流电阻的情况。3.3.2.切换出口短路事故时应提前检查。3.3.3调压开关小油箱中油的电气强度低于25kV/2.5mm时应进行处理或更换。3.3.4对不经常移动的触头，应定期操作一个循环，以防止触头上沉积有碳粒。3.3.5按DL/T574—95《有载分接开关运行维护导则》执行。3.4冷却器每年要检查1次，冷却器的散热面要用2kg/cm2气压或水压冲洗干净。3.5瓦斯继电器的跳闸回路必须每年检查1次。4.变压器试验周期和试验项目4.1变压器的试验周期和试验项目，应按国家标准或行业标准执行，对于进行状态检修的变压器可执行本公司的内部标准。一般.绝缘试11验1-3年1次，对于大型变压器可1年1次。4.2.当变压器发生出口短路后，应进行绕组变形检查（可采用频扫法或电容法）或进行低电压短路阻抗测量。当有怀疑时应吊芯（吊罩）检查。4.3对于大型变压器运行中可进行油的带电度或油流带电测量。5.变压器过负荷运行变压器的寿命主要决定于变压器的绕组、铁芯的最高温度和油温。变压器在额定负载下