1故障情況
某科技公司定購4臺(tái)2500kVA接線組別D,yn11的干式變壓器,2015年7月投運(yùn)后,發(fā)現(xiàn)隨著負(fù)荷增加,變壓器溫升偏高,噪聲大。為了降溫,花費(fèi)20多萬元在配電室配置了4臺(tái)大空調(diào)器。2016年8月,變壓器燒壞1臺(tái),該公司被迫停工。變壓器生產(chǎn)廠及時(shí)更換了變壓器,但未找到事故原因。9月21日,又有1臺(tái)變壓器燒壞,變壓器生產(chǎn)廠連夜把變壓器更換。
2故障原因分析
故障發(fā)生時(shí),
變壓器外殼生產(chǎn)廠一方面安排盡快更換變壓器,另一方面安排電氣成套工程師勘察現(xiàn)場(chǎng)情況。故障發(fā)生4h后,工程師趕到現(xiàn)場(chǎng)。首先查看燒壞的變壓器,盡管已停電4h,變壓器低壓側(cè)銅排依然是熱的,低壓側(cè)三相銅排上的熱縮套管基本正常,中性線上的熱縮套管已經(jīng)開裂,有熔化跡象,并且明顯比其他三相溫度高。低壓配電室為42面MNS低壓抽出式開關(guān)柜,兩段布置,其中電容補(bǔ)償柜共2×6面,總補(bǔ)償容量為2×2200kvar。幾乎每個(gè)電容補(bǔ)償柜中電容器都有不同程度的損壞。查看一段低壓開關(guān)柜所負(fù)荷車間,有55kW變頻器機(jī)組30臺(tái),4kW機(jī)組110臺(tái),其他照明等設(shè)備約350臺(tái)。二段有55,75,300kW變頻器機(jī)組及小機(jī)組、照明負(fù)荷等。兩次事故均為一段負(fù)荷變壓器。查事故變壓器高壓側(cè)出線柜的微機(jī)保護(hù),跳閘數(shù)值為10.3A,電流互感器變流比為250/5,故障跳閘電流為515A。而2500kVA變壓器高壓側(cè)額定電流為144.34A,故障電流是額定電流的3.57倍。
故障原因分析。該公司使用了大量的變頻器,一段總計(jì)2000kW以上,變頻器會(huì)產(chǎn)生大量諧波。在三相平衡的系統(tǒng)中,偶次諧波因?qū)ΨQ關(guān)系被消除,不會(huì)影響電氣設(shè)備使用,而3次、5次、7次等奇次諧波則會(huì)對(duì)變壓器、電容器、電纜、電動(dòng)機(jī)等產(chǎn)生損害。諧波對(duì)變壓器的主要影響為:產(chǎn)生大量附加損耗,變壓器銅損、鐵損增加,因而引起繞組過熱,變壓器溫升高,加速絕緣介質(zhì)老化,使變壓器容量裕度減?。辉斐勺儔浩麒F芯磁通飽和,引起鐵芯歪斜,因繞組與線間電容之間的共振,而產(chǎn)生更大的噪聲。由于三倍頻諧波(3,9,15)在三相系統(tǒng)中相位相同,幅值在中性線上直接疊加,使中性線上3次諧波電流為3倍相線電流,中性線電流過大造成變壓器過熱、燒毀。此外,諧波會(huì)引起局部電網(wǎng)諧振,可瞬間將諧波電流放大幾倍、幾十倍,從而造成電容器燒毀、損壞。從現(xiàn)場(chǎng)使用有大量變頻器現(xiàn)象可證明:兩次變壓器事故均為變頻器諧波造成。
該科技公司并不接受這個(gè)結(jié)論。于是,變壓器生產(chǎn)廠于2016年12月8日委托第三方機(jī)構(gòu)進(jìn)行諧波含量檢測(cè)。檢測(cè)發(fā)現(xiàn):在基波電流330A左右時(shí),三相電壓總諧波含量為18.11%─19.75%;三相電流總諧波占比較高,7次諧波含量為30.1%─37.1%,當(dāng)負(fù)荷稍大時(shí),總諧波瞬間超70%。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:正常負(fù)荷中諧波電流不得超過5%。正常情況下,負(fù)荷低于變壓器容量的50%時(shí),可不連續(xù)地通過15%─20%的諧波電流,不會(huì)引起變壓器異常發(fā)熱,可長(zhǎng)期運(yùn)行。
第三方檢測(cè)結(jié)論:在輕載負(fù)荷下諧波含量已遠(yuǎn)超國家標(biāo)準(zhǔn)。建議改造無功補(bǔ)償裝置及加裝電力濾波設(shè)備,從根本上解決電能質(zhì)量問題。該科技公司對(duì)第三方檢測(cè)結(jié)論無異議,請(qǐng)變壓器生產(chǎn)廠拿出治理方案。
3治理措施
(1)站在變壓器生產(chǎn)廠角度,建議用戶在現(xiàn)有干式變壓器低壓出線側(cè)增加隔離變壓器,以有效隔離和阻斷諧波的傳導(dǎo),防止諧波對(duì)變壓器及電網(wǎng)的沖擊。現(xiàn)在,供電企業(yè)在知曉用戶有諧波負(fù)荷時(shí),一般會(huì)要求用戶配置同容量隔離變壓器,確保用戶用電系統(tǒng)中的諧波不會(huì)污染電網(wǎng),但用戶用電設(shè)備仍在諧波污染的用電系統(tǒng)中運(yùn)行。用戶還可以采用高阻抗整流變壓器,因其采用D,y11或D,yn11接線,可有效抑制3的倍數(shù)次的高次諧波,使變壓器在大量諧波污染的使用環(huán)境中,使用壽命不至于過短。
(2)對(duì)用戶整個(gè)用電系統(tǒng)來說,可在變頻器進(jìn)、出線側(cè)串入電抗器來抑制較低的諧波電流,降低諧波污染,也可以在變頻器的進(jìn)線側(cè)及出線側(cè)加裝濾波器,濾去大部分高次諧波。目前常用的是無源濾波器(LC濾波器),濾波效果一般,投資也不高。還有一種較先進(jìn)的有源電力濾波器,可以串聯(lián)或者并聯(lián)于主電路中,實(shí)時(shí)檢測(cè)線路中的諧波電流,并產(chǎn)生一個(gè)與該諧波電流大小相等、方向相反的補(bǔ)償電流,從而使電網(wǎng)電流只含基波分量。這種濾波器濾波效果好,但是投資大。對(duì)用戶來說,大量使用變頻器,能夠帶來顯著的節(jié)能效果。但是,為抑制諧波危害,需要增加隔離變壓器、電抗器、濾波器,采用特種變壓器等措施,加大了先期投入,如果治理效果不好,諧波還是會(huì)造成電氣設(shè)備壽命大大降低,首當(dāng)其沖的便是正常使用壽命10年的電容器和變壓器,1—3年就會(huì)損壞,其他如電纜、斷路器、儀器儀表等使用壽命也都會(huì)顯著降低。因此,用戶在先期投資時(shí),一定要做投入產(chǎn)出可行性項(xiàng)目研究,考慮節(jié)能、環(huán)保和整體效益。