1000kV变压器的附件介绍

下面以保定天威变压器厂生产的1000kV变压器为例(见表2-6),对特高压变压器附件进行具体分类详述。

表2-6　1000kV变压器主要附件

(一)压力释放阀

1.压力释放阀工作原理

压力释放阀是变压器的压力保护装置,安装在变压器油箱的顶部,当由于故障引起油箱内压力过高时,压力释放阀开启,将油箱内的油喷出以释放压力防止油箱爆裂,同时压力释放阀的微动开关动作发出跳闸信号使变压器停止运行。

当油浸式电抗器内部发生事故时,油箱内的油被气化,产生大量气体,使油箱内部压力急剧升高。此压力如不及时释放,将造成油箱变形或爆裂。安装压力释放阀就是在油箱内压力升高到压力释放阀的开启压力时,压力释放阀在2ms内迅速开启,使油箱内的压力很快降低。当压力降到压力释放阀的关闭压力值时,压力释放阀又可靠关闭,使油箱内永远保持正压,有效地防止外部空气、水气及其他杂质进入油箱。

在压力释放阀开启同时,有一颜色鲜明的标志杆向上动作且明显伸出顶盖,表示压力释放阀已动作过。在压力释放阀关闭时,标志杆仍滞留在开启后的位置上,必须由手动才能复位。

2.压力释放阀的基本配置原则

压力释放阀的选用主要考虑两个因素,即有效口径和压力等级。

考虑到标准化的要求,保定变压器厂一般采用Φ130有效口径的压力释放阀。

压力等级按压力释放阀的关闭压力值选取,计算公式如下:

式中:Pg为压力释放阀的关闭压力,k Pa;Pj为压力释放阀工作时的静压力,即变压器最高油面到压力释放阀法兰盘的静油压,k Pa(1m油柱静压力=8.8k Pa);Pq为强油循环冷却的附加压力,k Pa,取0.5～1.5k Pa;Pk为安全裕度压力,k Pa,取0.5～1.5k Pa。

每台变压器选用压力释放阀的数量按下式计算:

N=W/40(N值小数四舍五入取整)

式中:N为变压器选用压力释放阀的数量;W为变压器油的总重,t。

例如:该台ODFPS-1000000/1000主变压器,总油量为129.7t,储油柜最高油面到压力释放阀法兰盘的高度为3.3m。则选用方法如下:

N=W/40=129.7/40=3.2425(台)　　　压力释放阀台数取3台

Pg=Pj+Pq+Pk=8.8×3.3+1+1=31.04(k Pa)压力释放阀的关闭压力取31.5k Pa

1000kV变压器选用压力释放阀动作压力为70k Pa,配备5台美国Qualitrol公司208-015-01型压力释放阀。主体变有3台压力释放阀,高压侧2台,低压侧1台。调压补偿变有2台压力释放阀。

3.压力释放阀结构

压力释放阀的主要结构型式是外弹簧式,主要由弹簧、阀座、阀壳体(罩)、等零部件组成,压力释放阀外部安装有导油罩,具体见图2-19。

图2-19　压力释放阀结构图

4.压力释放装置注意事项

压力释放阀在安装完毕变压器投运前必须将闭锁装置卸下;如果压力释放阀带有两副常开接点,为了防止压力释放阀误动作,建议两副常开接点串联;运行中的压力释放阀动作后,变压器再次运行前应将压力释放阀的机械电气信号手动复位;压力释放阀出厂前其弹簧的松紧度已调整好,不要擅自对压力释放阀任意解体。

(二)储油柜

1.储油柜的工作原理

储油柜是变压器油存储、补充及保护的组件,安装在变压器油箱顶部,与变压器油箱相连。当油箱的油随温度升高体积膨胀时,多余的油通过联管到达储油柜,这样储油柜就完成了存储变压器油的作用;反之,当温度下降时,储油柜中的油通过联管到达油箱,补充变压器油的不足。

储油柜按内部结构分为胶囊式全密封储油柜、隔膜式全密封储油柜、金属波纹管式全密封储油柜和带半导体制冷干燥器的开放式储油柜四种。隔膜式储油柜已被淘汰,波纹管式属于限制使用范围之内,带半导体制冷干燥器的开放式储油柜在国外已运行多年,是在原来的开放式储油柜上加装一套半导体制冷干燥呼吸器(以下简称干燥呼吸器),国内曾有研究机构进行过研制,但未获推广。因此现国内使用最多的是胶囊式储油柜。

1000kV变压器储油柜为胶囊式全真空储油柜,油位表采用压力式油位表。

(1)胶囊作用。储油柜中变压器油质量的好坏直接影响变压器的使用寿命,变压器油的老化程度与其接触空气的时间有关,为了使储油柜中的变压器油不与空气接触,在储油柜内部设置了一个耐变压器油的胶囊,储油柜中的胶囊阻断变压器油与空气的接触,使变压器油免被氧化,与储油柜相连的吸湿器吸收进入胶囊的空气中的水分,使其免受潮湿。

(2)集气室的功能。为了避免储油柜注油时和变压器运行中产生的气体进入储油柜,在储油柜的下部设置了一个集气室,当变压器油经此进入储油柜时,它能使夹杂在变压器油中的气体分离出来,被分离出来的气体积存在集气室的上部,气体量可以从集气室外部的小管式油表观察出来,当小管式油表的油面降到中下部时,应从排气管路排除气体。

(3)压力式油位表原理。储油柜油位计分为两部分,传感器部分安装在储油柜的底部,显示器部分安装在变压器油箱上容易观察读数的位置,这两部分由毛细管连接并传递油位的变化。其工作原理是:传感器的浮子随着油面升降并通过浮子杆将位移传递给传感器中的连接结,经毛细管将位移传递给显示器从而驱动显示器里的指针转动,以达到显示储油柜的油位目的,并在储油柜的最低油位和最高油位时使微动开关动作,发出报警信号。

2.储油柜安装注意事项

首先要检查油位表的毛细管是否损坏;如果在现场安装胶囊,一定要检查胶囊的密封情况,对于国外胶囊还应注意胶囊与储油柜壳体连接处的密封情况;储油柜真空注油完成后,一定要检查真空注油管路中几个球阀的闭合状态,见图2-20。

(三)变压器套管

1.变压器套管的工作原理

图2-20　储油柜真空注油和运行时的阀门状态

变压器套管(以下简称套管)是将变压器内部的高、低压引线引到油箱外部的出线装置。它不但作为引线对地的绝缘,而且担负着固定引线的作用,因此必须具有规定的电气强度和足够的机械强度;同时套管又是载流组件,在变压器投入运行后能长期通过负载电流,同时应能承受短路时的瞬时过热,因此套管必须具有良好的热稳定性。

2.套管的绝缘结构型式

电力变压器所用套管的内绝缘结构型式分两种,当额定电压≤40.5kV,额定电流≤8000A的套管为纯瓷式;当额定电压＞40.5kV,额定电流≥10000A的套管为油浸纸电容式。外绝缘结构型式也分两种,一种为瓷套式,另一种为硅橡胶护套。

国内套管的型号表达方式为:BRLW-550/1600-3。其中BR表示油浸纸电容式,L表示套管可带电流互感器,W表示套管为防污型,550表示套管的额定电压(kV),1600表示套管的额定电流(A),3为套管的污秽等级。(www.xing528.com)

1000kV变压器高压、中压套管均为意大利P&V公司产品,高压套管均压球为环形结构。

3.套管注意事项

定期检查套管油位表里的油面是否正常;套管的头部密封结构是否完好;应注意套管的介损和电容量的变化值(与在套管制造厂出厂时的值和在变压器制造厂出厂时的值相比较),套管的介损值应控制在一个合理的范围内(0.0045～0.0055),套管的国家标准和国际标准均规定为不大于0.007。

(四)无载分接开关

无励磁分接开关是变压器在无励磁状态下改变绕组分接位置的一种装置。在变压器无励磁的状态下,手动或电动操作手柄转动一个分接时,传动机构通过传动轴、齿轮组、回动轴等零部件使动触头移动改变所连接的定触头位置从而改变与定触头相连的变压器绕组的分接位置。有载分接开关是变压器在励磁状态下改变绕组分接位置的一种装置。

长治站1000kV变压器调压补偿变的分接开关采用德国MR无励磁调压开关,型号为DUI2403-123-12091BB(D表示无载;U表示单相;2403表示额定电流2400A,3个并联开关;123表示对地电压123kV;12091BB表示接线图号),正反调,有9个档位4±1.25%,额定档位是5分接。

手动摇把供紧急或调整时手动操作电动机构之用,手动摇把的安全开关只断开电机回路的两根电源线,不断开控制回路电源,分接变换指示器必须在绿色区域的中央标志,到了这个区域后才是下一个操作的基准。分接变换指示器的指针转一周表示一次分接变换操作,指示盘分33格,一格相当于手摇把转一圈。

(五)风冷却器

风冷却器的工作原理是:当油泵把变压器顶层高温油送入片散冷却管,热量就传给冷却管,再由管壁及翅片向空气中放出热量。与此同时,在空气侧,由风扇强制吹风,冷却空气带走放出的热量,从而使热油加速冷却。冷却后的油从冷却器下端再进入变压器油箱内。

1000kV变压器自耦变共有8组400kW风冷却器,其中1组备用。高压侧4组,低压侧2组,右端2组。

(六)温度计

变压器用温度计是用来测量变压器油顶层温度和变压器绕组热点温度的测量和保护装置。

油面温度计是用来测量变压器油箱顶层油温的。它主要由温包、毛细管、表头组成;温度计温包插入油箱箱盖上的温度计座内,温度计表头则安装在油箱侧壁适当高度上,以便于接线和读数。当变压器内部油温升高时,油面温度计的温包内的感温介质体积随之增大,这个体积增量通过毛细管传递到仪表头内弹性元件上,使之产生一个相对应的位移,这个位移经机构放大后便可驱动指针指示被测油面温度,并驱动微动开关,开关信号用于控制冷却系统和变压器二次保护(报警和跳闸)。

绕组温度计是用来测量变压器绕组热点温度的。它主要由温包、毛细管、电流匹配器(分内置式和外置式)、表头组成;温度计温包插入油箱箱盖上的温度计座内,内置式电流匹配器安装在绕组温度计内部,外置式电流匹配器安装在油箱上绕组温度计附近,温度计表头安装在油箱侧壁适当高度上,以便于接线和读数。

当变压器内部油温升高时,绕组温度计的温包内的感温介质体积随之增大,这个体积增量通过毛细管传递到仪表内弹性元件上,使之产生一个相对应的位移;同时变压器的负载电流(与变压器负荷成正比)通过电流互感器TA二次侧输出给电流匹配器,经过电流匹配器变流后,输出与变压器铜油温差相对应的电流给电热元件,通过电热元件加热后,弹性元件又增加一个位移量,两个位移经机构放大后便可驱动指针指示被测绕组热点温度,并驱动微动开关,开关信号用于控制冷却系统和用于变压器二次保护(报警和跳闸)。

(七)气体继电器

气体继电器是油浸式变压器等设备的一种主要保护装置。因变压器内部故障而使油分解产生气体或造成油流冲动时,气体继电器的接点动作,以接通指定的控制回路,并及时发出信号或自动切除变压器。

1000kV变压器气体继电器采用德国EMB公司生产的BF-80型产品,具有一对轻瓦斯报警和两对重瓦斯跳闸无源信号接点,外形见图2-21

1.气体继电器主要部件

气体继电器内部部件包括:上浮子、下浮子、上浮子恒磁磁铁、下浮子恒磁磁铁、上开关系统的一个或两个磁开关管、下开关系统的一个或两个磁开关管、框架、测试机械、挡板。挡板由恒磁磁铁拦挡,并操纵下开关系统。内部见图2-22所示。

气体继电器外部还通过连管和气体取样器相连,气体取样器用于采集气体继电器中的气体,它可以在变压器或附近的正常操作高度上采集气样。

图2-21　EMB公司BF-80型气体继电器外形图

图2-22　EMB公司BF-80型气体继电器外形图

1—上浮子;2—上浮子恒磁磁铁;3—上开关系统;4—下开关系统;5—下浮子;6—下浮子恒磁磁铁;7—框架;8—挡板;9—测试系统

2.气体继电器原理

气体继电器是变压器内部故障的主要保护元件,安装在储油柜的下部储油柜与变压器油箱相连的联管上,允许通往储油柜的一端稍高,但其轴线与水平面的倾斜度不得超过5°,见图2-23。

变压器正常运行时,气体继电器内一般是充满变压器油。当变压器内部出现故障时,气体继电器会有如下反应(以双浮子气体继电器为例):

(1)气体积累:如果变压器内部发生轻微故障,则因油分解而产生的气体聚集在气体继电器上部的气室内,并挤压油面使其下降,上浮子也随着下降,当聚集的气体量达到整定值时,通过上浮子的运动使气体继电器报警接点吸合并发出报警信号,见图2-24。

(2)渗漏油:若变压器因漏油而使油面下降,也同样发出报警信号(对于进口气体继电器则由下浮子下沉带动发出跳闸信号),见图2-25。

图2-23　变压器气体继电器安装图

1—油箱;2—气体继电器;3—截止阀;4—连接管路;5—储油柜

图2-24　气体积累

图2-25　渗漏油

图2-26　内部严重故障

(3)内部严重故障:如果变压器内部发生严重故障,油箱内压力瞬时升高,则在气体继电器所在的连接管路中产生油的涌浪,冲击气体继电器的挡板,当挡板旋转到某一限定位置时,气体继电器发出跳闸信号,切断与变压器连接的所有电源,从而起到保护变压器的作用,见图2-26。

3.气体继电器安装注意事项

首先要注意气体继电器的跳闸动作值是否符合相关标准的规定和厂家要求;注意通过气体继电器的油流方向,外壳上盖的红色箭头必须指向储油柜;如果气体继电器带有两副常开接点,为了防止气体继电器误动作,建议两副常开接点串联;安装完成后要使气体继电器和取气装置中都充满油。

(八)压力继电器

压力继电器是变压器的压力保护装置,安装在变压器油箱的顶部或侧壁,当变压器内部严重故障产生电弧时,油分解产生大量气体,使得油箱内压力升高的速率超过规定值,压力继电器迅速动作发出跳闸信号使变压器停止运行,防止变压器故障进一步发展。