[關(guān)鍵詞]并聯(lián)電抗器振動(dòng)超標(biāo)減振措施

    0引言

    隨著跨區(qū)域長(zhǎng)距離輸變電工程的建設(shè)及電壓等級(jí)的不斷提高,輸電線路的充電電容顯著增大。為了補(bǔ)償線路充電功率,抑制系統(tǒng)工頻過(guò)電壓,保證系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行,并聯(lián)電抗器是超高壓電網(wǎng)中必不可少的電氣設(shè)備。

    西北電網(wǎng)750kV官亭至蘭州東輸變電示范工程是中國(guó)目前電壓等級(jí)最高的輸變電工程,該工程于2005年9月26日投入運(yùn)行。作為示范工程起點(diǎn)的官亭變電站內(nèi)裝設(shè)了一組容量為300Mvar的750kV并聯(lián)電抗器,該組電抗器通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)并聯(lián)在750kV官東Ⅰ線上,其中性點(diǎn)經(jīng)小電抗接地。

    2005年9月21日,在750kV輸變電示范工程系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)官亭變電站750kV2號(hào)并聯(lián)電抗器A、B、C三相振動(dòng)均有多個(gè)超標(biāo)點(diǎn)(出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格)。為了限制電抗器的振動(dòng),在生產(chǎn)廠家、陜西電科院等單位的配合下,西北電網(wǎng)公司采取了一系列的減振措施,并且,為了掌握電抗器振動(dòng)的具體狀況,對(duì)電抗器的振動(dòng)進(jìn)行了嚴(yán)密的跟蹤監(jiān)測(cè)。

    1電抗器振動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)理

    電抗器之所以會(huì)產(chǎn)生振動(dòng),這是由其本身的結(jié)構(gòu)所決定的。鐵芯并聯(lián)電抗器的中心問(wèn)題是鐵芯特殊和漏磁,由此易帶來(lái)振動(dòng)較大和局部過(guò)熱問(wèn)題,威脅設(shè)備及電網(wǎng)的安全運(yùn)行,迄今為止,振動(dòng)和過(guò)熱仍是鐵芯電抗器的2個(gè)世界性難題。因此,如何減小振動(dòng)和克服局部過(guò)熱就成為各制造廠家研制并聯(lián)電抗器的重點(diǎn)課題。

    在空心線圈中插入鐵磁材料,即可提供更大電感,這是鐵芯電抗器的由來(lái)。高電壓、大容量并聯(lián)電抗器要獲得較大并且在一定條件下趨于穩(wěn)定的電抗,那么必須在鐵芯電抗器的鐵芯上串聯(lián)許多氣隙,用于增大磁阻、限制磁飽和的影響,這勢(shì)必帶來(lái)較之變壓器大得多的振動(dòng)問(wèn)題和漏磁問(wèn)題。變壓器一、二次繞組總是互相去磁,而電抗器只有一個(gè)繞組,沒(méi)有與其平衡的二次繞組,再加上其氣隙的影響,所以鐵芯電抗器漏磁通較大,若處理不好,大量的漏磁通會(huì)在部件中產(chǎn)生環(huán)流,引起局部過(guò)熱,加速絕緣油分解劣化,造成事故。

    電抗器由于鐵芯柱的分段,各段分別產(chǎn)生磁極,使鐵芯餅之間存在著磁吸引力,這些磁吸引力會(huì)引起額外的振動(dòng)和噪聲。由鐵芯餅、墊塊和鐵軛組成的系統(tǒng)還有可能出現(xiàn)機(jī)械共振現(xiàn)象,因此電抗器的振動(dòng)和噪聲都較大。在工頻電壓、電流情況下,交變的磁勢(shì)產(chǎn)生的磁場(chǎng)、鐵芯磁密是交變的。電抗器各相鄰鐵芯餅之間任何瞬間都是異性磁極相鄰,所以其間的磁場(chǎng)力為吸引力,且其大小與磁密的平方成正比。在交變磁場(chǎng)的作用下,相鄰鐵芯餅之間的吸引力在零與最大值之間以2倍于電源頻率(50Hz)的頻率交變,從而造成鐵芯餅彈性變形的交變而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),振動(dòng)頻率為100Hz。由此看來(lái),鐵芯并聯(lián)電抗器的振動(dòng)是固有的,因此在電抗器設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行中,只能從一定程度上去限制振動(dòng)的幅值,卻不能完全消除振動(dòng)。但如果電抗器的振動(dòng)嚴(yán)重,且長(zhǎng)期得不到有效限制,則會(huì)引發(fā)設(shè)備事故。根據(jù)有關(guān)資料,國(guó)內(nèi)曾多次發(fā)生由于電抗器振動(dòng)導(dǎo)致的故障,如:高壓套管升高座螺絲因金屬疲勞而斷裂、瓦斯繼電器誤動(dòng)等。

    2設(shè)備制造時(shí)采取的減振工藝及出廠測(cè)試

    (1)根據(jù)前述,在交流電作用下,由鐵芯餅疊成的芯柱周期性彈性形變變化是機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的根源。因此,要減小振動(dòng)必須增大對(duì)鐵芯餅的壓緊,并使鐵芯固有頻率遠(yuǎn)離交流電所引起的振動(dòng)頻率。該電抗器在廠家設(shè)計(jì)、制造時(shí),已采取了鐵芯的三處強(qiáng)力壓緊,在芯柱中孔軸線上設(shè)置一處壓緊,并在兩旁柱外側(cè)各設(shè)置一處壓緊,三處壓緊都設(shè)置防松止退系統(tǒng)。設(shè)置多處壓緊,能夠合理增多約束,有助于使鐵芯固有振動(dòng)頻率遠(yuǎn)離交流電所引起的100Hz的振動(dòng)頻率。

    (2)采用了油箱對(duì)器身的強(qiáng)力定位機(jī)構(gòu),并在器身與油箱之間設(shè)置了減震系統(tǒng)。

    (3)采用鐵芯餅真空壓力澆鑄、鐵芯緊固等特殊工藝。

    根據(jù)與廠家簽訂的訂貨合同技術(shù)協(xié)議書的規(guī)定,在額定電壓及額定頻率下,750kV并聯(lián)電抗器油箱壁機(jī)械振動(dòng)幅度限值為:平均值不大于60μm(峰-峰);最大值不大于100μm(峰-峰);底部不大于30μm(峰-峰)。國(guó)標(biāo)GB10229—1988規(guī)定:并聯(lián)電抗器振動(dòng)最大值不超過(guò)200μm。電抗器出廠時(shí)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果完全符合標(biāo)準(zhǔn):A相:最大值49μm,底部最大值27μm,振幅平均值22μm。B相:最大值75μm,底部最大值23μm,振幅平均值45μm。C相:最大值76μm,底部最大值28μm,振幅平均值38μm。

    3設(shè)備運(yùn)行后的測(cè)試及采取的減振措施

    盡管制造時(shí)已采取了減振工藝,但在現(xiàn)場(chǎng)安裝、運(yùn)行后,測(cè)試仍發(fā)現(xiàn)該電抗器存在振動(dòng)超標(biāo)的問(wèn)題。國(guó)家電網(wǎng)公司建設(shè)運(yùn)行部、西北電網(wǎng)公司邀請(qǐng)烏克蘭VIT專家及國(guó)內(nèi)專家進(jìn)行了測(cè)試分析。

    根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn),振動(dòng)測(cè)試為特殊試驗(yàn),在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中,共選擇了42個(gè)具有代表性的測(cè)試點(diǎn)對(duì)電抗器進(jìn)行測(cè)試,結(jié)果如下:信息來(lái)自:www.tede.cn

    (1)多次測(cè)試中,發(fā)現(xiàn)超標(biāo)點(diǎn)集中在電抗器北側(cè)油箱壁面上部。底部超標(biāo)點(diǎn)集中在兩個(gè)基礎(chǔ)橫梁之間中部,三相中B相振動(dòng)幅值最大。電抗器A、B、C三相的振動(dòng)超標(biāo)點(diǎn)分布位置非常吻合,這說(shuō)明三相電抗器振動(dòng)產(chǎn)生的器身內(nèi)部原因和外部條件是相同的。

    (2)在測(cè)量電抗器振動(dòng)幅值的同時(shí),對(duì)振動(dòng)也進(jìn)行了頻譜分析,振動(dòng)動(dòng)態(tài)信號(hào)主要分量為100Hz,分析認(rèn)為振動(dòng)是在電磁力強(qiáng)制頻率(100Hz)下產(chǎn)生的。

    綜合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果、噪聲及電抗器擺放方式,認(rèn)為750kV并聯(lián)電抗器體積較大,且電抗器重量集中在中部,但電抗器每相僅有2個(gè)條形基礎(chǔ),使電抗器底部的橫梁缺少支撐,底部橫梁較出廠彎曲度增加,振動(dòng)可能因此而引起。如果不及時(shí)采取措施,可能會(huì)導(dǎo)致電抗器底部橫梁及整個(gè)油箱的持續(xù)變形,甚至導(dǎo)致油箱底部支撐器身?xiàng)l件的改變。因此,專家建議加強(qiáng)基礎(chǔ)底部支撐,采取臨時(shí)支撐措施。

    3.1臨時(shí)減振措施

    2005年12月16～17日,為了抑制750kV電抗器振動(dòng)增長(zhǎng)的趨勢(shì),在電抗器廠家的大力配合下,對(duì)電抗器B相采取了臨時(shí)減振措施。在B相中部懸空底座處采用4支千斤頂進(jìn)行臨時(shí)支撐,用以減少因中間沒(méi)有支撐而引起的振動(dòng)增加。

    在實(shí)施臨時(shí)措施過(guò)程中,對(duì)電抗器振動(dòng)進(jìn)行了跟蹤測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明支撐力度大小對(duì)振動(dòng)幅值有一定的影響。因此采取了邊撐邊測(cè)的方式,以尋找支撐力度的最佳值,得到最佳減振效果:將測(cè)量探頭固定在振動(dòng)最大點(diǎn)上,調(diào)整支撐加力并讀數(shù),反復(fù)多次,直到達(dá)到該點(diǎn)振動(dòng)最小值;保持此值的支撐力下,移動(dòng)探頭到相鄰幾點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量;然后再到其他幾個(gè)面上進(jìn)行同樣測(cè)量與調(diào)整。如此反復(fù)之后,再把探頭固定在新出現(xiàn)的振動(dòng)最大值處,重復(fù)前面的過(guò)程,綜合比較效果,直到最后達(dá)到一個(gè)最佳值。穩(wěn)定一段時(shí)間之后,再進(jìn)行測(cè)量,看數(shù)據(jù)的變化情況。

    2006年2月7～9日,又對(duì)A、C兩相采取了同樣的臨時(shí)措施,通過(guò)檢測(cè)底部各千斤頂?shù)氖芰?對(duì)臨時(shí)支撐進(jìn)行了調(diào)整,并且采用了同樣方式對(duì)振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試數(shù)據(jù)表明,三相振動(dòng)最大值總體呈降低的趨勢(shì),但部分測(cè)點(diǎn)振動(dòng)仍然超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)值。

    3.2基礎(chǔ)采取加固措施及振動(dòng)測(cè)試

    上述減振措施畢竟是臨時(shí)性的,考慮到電抗器本體油箱與支撐物之間的緊固、支撐物與基礎(chǔ)之間的生根問(wèn)題等,經(jīng)過(guò)專家討論,認(rèn)為需要在總結(jié)臨時(shí)減振措施實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上實(shí)施進(jìn)一步的基礎(chǔ)加固措施。

    2006年4月20日～5月26日,750kV輸變電示范工程首次停電檢修。結(jié)合本次停電,對(duì)官亭變750kV2號(hào)電抗器采取了新增條形基礎(chǔ)的措施。拆除電抗器原有2個(gè)條形基礎(chǔ)之間的油坑底板,將新增條形基礎(chǔ)下對(duì)應(yīng)的平板基礎(chǔ)頂面混凝土保護(hù)層鑿開(kāi)露出鋼筋,將新增基礎(chǔ)中的鋼筋與原基礎(chǔ)鋼筋焊接,并預(yù)埋6根地腳螺栓,支模澆注混凝土。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%,再在每相電抗器的新增基礎(chǔ)與箱底之間使用4個(gè)千斤頂支撐。

    2006年5月28日、7月10日對(duì)電抗器三相采取基礎(chǔ)加固措施及調(diào)整千斤頂后,對(duì)振動(dòng)情況分別進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試后發(fā)現(xiàn):

    (1)隨著電抗器運(yùn)行時(shí)間的增加、本體油溫的變化以及臨時(shí)措施和基礎(chǔ)加固措施的實(shí)施及調(diào)整,振動(dòng)幅值也在不斷變化。說(shuō)明除電抗器本身因素之外,外部各種運(yùn)行條件也直接影響到電抗器的振動(dòng)情況。

    (2)電抗器三相的振動(dòng)水平隨環(huán)境溫度及本體

    油溫的變化而變化。振動(dòng)值和油溫之間呈正相關(guān)的關(guān)系,在其他相同條件下,溫度高,振動(dòng)值也高。目前,基礎(chǔ)加固工作尚未結(jié)束,待今后電抗器經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的振動(dòng)檢測(cè),并調(diào)整至滿足要求后,再繼續(xù)用混凝土把千斤頂完全澆注在新增基礎(chǔ)中。

    4結(jié)論

    411分析官亭變750kV2號(hào)并聯(lián)電抗器出廠試驗(yàn)、系統(tǒng)調(diào)試、投入運(yùn)行、基礎(chǔ)加固及目前的各項(xiàng)振動(dòng)測(cè)試情況,電抗器基礎(chǔ)是造成振動(dòng)超標(biāo)問(wèn)題的主要因素之一。電抗器每相僅有2個(gè)條形基礎(chǔ),使電抗器底部橫梁懸空,在運(yùn)行中,由于鐵芯餅間磁吸引力而產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng),導(dǎo)致電抗器底部橫梁及油箱的持續(xù)變形,并使運(yùn)行中的電抗器振動(dòng)狀況存在惡化的趨勢(shì)。

    412基礎(chǔ)加固減振措施已取得了一定的效果,采取減振措施后,在油溫呈上升趨勢(shì)(2006年1月至今)的情況下,三相振動(dòng)最大值及平均值穩(wěn)中有降。

    413采取基礎(chǔ)加固措施后(2006年5月至今),底部振動(dòng)最大值有不同程度的上升并趨于穩(wěn)定,說(shuō)明由于基礎(chǔ)的加固,電抗器振動(dòng)的能量已從側(cè)面引導(dǎo)到底部。

    414電抗器振動(dòng)問(wèn)題得到了一定程度的遏制,盡管最新的測(cè)試結(jié)果尚未達(dá)到設(shè)備訂貨合同要求的標(biāo)準(zhǔn),單純從振動(dòng)幅值降低角度來(lái)看效果不明顯,但考慮到環(huán)溫和油溫變化對(duì)振動(dòng)的影響因素,其效果應(yīng)該是較為顯著的�；�礎(chǔ)加固措施目前尚未結(jié)束,待最終加固措施完成后,應(yīng)該可以取得更好的效果。

    415電抗器個(gè)別部位由于振動(dòng)原因可能已經(jīng)發(fā)生了不可逆轉(zhuǎn)的形變,將電抗器振動(dòng)幅值恢復(fù)到出廠試驗(yàn)的狀態(tài)是不可能的,減振措施只能在一定程度上減小振動(dòng)的幅值,并限制振動(dòng)進(jìn)一步惡化。

    416電抗器的其他運(yùn)行指標(biāo)正常,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)局部過(guò)熱現(xiàn)象,多次油色譜分析的結(jié)果也沒(méi)有任何異常,說(shuō)明電抗器內(nèi)部應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題及處理經(jīng)驗(yàn),且套管側(cè)振動(dòng)最大幅值較低,不會(huì)影響安全運(yùn)行,但需加強(qiáng)運(yùn)行巡視和試驗(yàn)跟蹤,定期進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試、噪聲測(cè)試、油色譜分析及紅外測(cè)溫。

    417如果基礎(chǔ)加固減振措施仍不能有效限制振動(dòng),建議進(jìn)一步研究油箱壁焊補(bǔ)加強(qiáng)鐵等減振方法和措施。并且要進(jìn)一步從電抗器內(nèi)部結(jié)構(gòu)、制造工藝等方面尋找振動(dòng)原因,檢查電抗器內(nèi)部是否存在緊固件連接松動(dòng)、磁力間隙不均引發(fā)磁力激振等問(wèn)題。此次電抗器振動(dòng)超標(biāo)問(wèn)題及處理經(jīng)驗(yàn),在后續(xù)工程及1000kV輸變電工程中可為借鑒。  

    1國(guó)標(biāo)GB10229—1988《電抗器》

    2禹云長(zhǎng),王英華,王楠.《750kV并聯(lián)電抗器的研制》.電力設(shè)備.2005年12月第6卷第12期

    3彭軍,劉勇,李世平.《俄制500kV并聯(lián)電抗器缺陷處理》.四川電力技術(shù).2002年第5期

    4何劍峰,賀峰.《XMZ46型500kV電抗器故障的處理及分析》.變壓器.2005年4月第42卷第4期

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