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干式变压器烧坏原因分析及治理措施

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【摘要】:
1故障情况某科技公司定购4台2500kVA接线组别D,yn11的干式变压器,2015年7月投运后,发现随着负荷增加,变压器温升偏高,噪声大。为了降温,花费20多万元在配电室配置了4台大空调器。

1故障情况

某科技公司定购4台2500kVA接线组别D,yn11的干式变压器,2015年7月投运后,发现随着负荷增加,变压器温升偏高,噪声大。为了降温,花费20多万元在配电室配置了4台大空调器。2016年8月,变压器烧坏1台,该公司被迫停工。变压器生产厂及时更换了变压器,但未找到事故原因。9月21日,又有1台变压器烧坏,变压器生产厂连夜把变压器更换。
 

2故障原因分析

故障发生时,变压器生产厂一方面安排尽快更换变压器,另一方面安排电气成套工程师勘察现场情况。故障发生4h后,工程师赶到现场。首先查看烧坏的变压器,尽管已停电4h,变压器低压侧铜排依然是热的,低压侧三相铜排上的热缩套管基本正常,中性线上的热缩套管已经开裂,有熔化迹象,并且明显比其他三相温度高。低压配电室为42面MNS低压抽出式开关柜,两段布置,其中电容补偿柜共2×6面,总补偿容量为2×2200kvar。几乎每个电容补偿柜中电容器都有不同程度的损坏。查看一段低压开关柜所负荷车间,有55kW变频器机组30台,4kW机组110台,其他照明等设备约350台。二段有55,75,300kW变频器机组及小机组、照明负荷等。两次事故均为一段负荷变压器。查事故变压器高压侧出线柜的微机保护,跳闸数值为10.3A,电流互感器变流比为250/5,故障跳闸电流为515A。而2500kVA变压器高压侧额定电流为144.34A,故障电流是额定电流的3.57倍。
 
故障原因分析。该公司使用了大量的变频器,一段总计2000kW以上,变频器会产生大量谐波。在三相平衡的系统中,偶次谐波因对称关系被消除,不会影响电气设备使用,而3次、5次、7次等奇次谐波则会对变压器、电容器、电缆、电动机等产生损害。谐波对变压器的主要影响为:产生大量附加损耗,变压器铜损、铁损增加,因而引起绕组过热,变压器温升高,加速绝缘介质老化,使变压器容量裕度减小;造成变压器铁芯磁通饱和,引起铁芯歪斜,因绕组与线间电容之间的共振,而产生更大的噪声。由于三倍频谐波(3,9,15)在三相系统中相位相同,幅值在中性线上直接叠加,使中性线上3次谐波电流为3倍相线电流,中性线电流过大造成变压器过热、烧毁。此外,谐波会引起局部电网谐振,可瞬间将谐波电流放大几倍、几十倍,从而造成电容器烧毁、损坏。从现场使用有大量变频器现象可证明:两次变压器事故均为变频器谐波造成。
 
该科技公司并不接受这个结论。于是,变压器生产厂于2016年12月8日委托第三方机构进行谐波含量检测。检测发现:在基波电流330A左右时,三相电压总谐波含量为18.11%─19.75%;三相电流总谐波占比较高,7次谐波含量为30.1%─37.1%,当负荷稍大时,总谐波瞬间超70%。国家标准规定:正常负荷中谐波电流不得超过5%。正常情况下,负荷低于变压器容量的50%时,可不连续地通过15%─20%的谐波电流,不会引起变压器异常发热,可长期运行。
 
第三方检测结论:在轻载负荷下谐波含量已远超国家标准。建议改造无功补偿装置及加装电力滤波设备,从根本上解决电能质量问题。该科技公司对第三方检测结论无异议,请变压器生产厂拿出治理方案。
 

3治理措施

(1)站在变压器生产厂角度,建议用户在现有干式变压器低压出线侧增加隔离变压器,以有效隔离和阻断谐波的传导,防止谐波对变压器及电网的冲击。现在,供电企业在知晓用户有谐波负荷时,一般会要求用户配置同容量隔离变压器,确保用户用电系统中的谐波不会污染电网,但用户用电设备仍在谐波污染的用电系统中运行。用户还可以采用高阻抗整流变压器,因其采用D,y11或D,yn11接线,可有效抑制3的倍数次的高次谐波,使变压器在大量谐波污染的使用环境中,使用寿命不至于过短。
 
(2)对用户整个用电系统来说,可在变频器进、出线侧串入电抗器来抑制较低的谐波电流,降低谐波污染,也可以在变频器的进线侧及出线侧加装滤波器,滤去大部分高次谐波。目前常用的是无源滤波器(LC滤波器),滤波效果一般,投资也不高。还有一种较先进的有源电力滤波器,可以串联或者并联于主电路中,实时检测线路中的谐波电流,并产生一个与该谐波电流大小相等、方向相反的补偿电流,从而使电网电流只含基波分量。这种滤波器滤波效果好,但是投资大。对用户来说,大量使用变频器,能够带来显著的节能效果。但是,为抑制谐波危害,需要增加隔离变压器、电抗器、滤波器,采用特种变压器等措施,加大了先期投入,如果治理效果不好,谐波还是会造成电气设备寿命大大降低,首当其冲的便是正常使用寿命10年的电容器和变压器,1—3年就会损坏,其他如电缆、断路器、仪器仪表等使用寿命也都会显著降低。因此,用户在先期投资时,一定要做投入产出可行性项目研究,考虑节能、环保和整体效益。
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