電力變壓器是應用極為廣泛的電氣設備，從發(fā)電、供電直到用電，一般需經(jīng)過約5次變壓過程，每次變壓都要產(chǎn)生電能損耗。由于變壓器臺數(shù)多，總?cè)萘看螅栽陔娏ο到y(tǒng)中，變壓器的總損耗約占總發(fā)電量的8%。因此，對電力變壓器經(jīng)濟運行區(qū)的研究具有重要意義。
變壓器綜合功率中的空載損耗為ΔPoz，綜合功率中的額定負載損耗ΔPdz，變壓器綜合功率損耗為ΔPz=ΔPoz β2ΔPdz，其中β為變壓器負載率。因變壓器實際負載總是在一定范圍內(nèi)變動，不能用某一個量值來評價其運行工況優(yōu)劣，需要用運行區(qū)來評價，現(xiàn)分析如下：
1 單臺變壓器經(jīng)濟運行區(qū)的確定
單臺變壓器綜合功率損耗率ΔPz%，如式(1)所示：
ΔPz%=ΔPoz β2ΔPdz÷βSecosφ2 ΔPoz β2ΔPdz (1)
根據(jù)上式可得變壓器綜合功率損耗率的特性曲線，如圖1所示。
由圖可見，負載系數(shù)β在0≤β≤βz范圍內(nèi)，ΔPz%為遞減函數(shù)，在βz≤β≤1范圍內(nèi)，ΔPz%是遞增函數(shù)，但其曲率比遞減時小得多(變化比較平穩(wěn))。
變壓器長期滿載運行應視為安全合理的，因此，變壓器經(jīng)濟運行區(qū)的確定原則應為：變壓器在額定負載條件下運行作為經(jīng)濟運行區(qū)的上限值，故得出βj1=1的數(shù)值。經(jīng)濟運行區(qū)的下限對應的損耗率如圖1所示，要與額定損耗率相等。而變壓器在額定負載時(β=100%)，損耗率ΔPe%的計算式為：ΔPe%=ΔPoz ΔPdz÷Secosφe ΔPoz ΔPdz (2)
式中cosφe——變壓器額定負載時的功率因數(shù)
當變壓器負載率為βj2時，其綜合功率損耗率ΔPj2%的計算式為：
ΔPj2%=ΔPoz βj22ΔPdz÷βj2Secosφ2 ΔPoz βj22ΔPdz (3)
因為ΔPj2%=ΔPe%，所以可得下列關(guān)系式：
ΔPoz ΔPdz÷Secosφe ΔPoz ΔPdz=ΔPoz βj22ΔPdzβj2Secosφ2 ΔPoz βj22ΔPdz (4)
在上式中Secosφe》ΔPoz ΔPdz，βj2Secosφ2》ΔPoz β2j2ΔPdz，故分母中的ΔPoz ΔPdz和ΔPoz β2j2ΔPdz可以略去不計，又因Secosφe≈Secosφ2，所以式(4)可簡化為：ΔPoz ΔPdz=ΔPoz βj22ΔPdz÷βj2
由上式可解得：
βj2=ΔPoz÷ΔPdz=βz2 (5)
結(jié)論：經(jīng)濟運行區(qū)的上限βj1=1;經(jīng)濟運行區(qū)的下限βj2=βz2。
2 單臺變壓器經(jīng)濟運行區(qū)優(yōu)選運行段的確定
變壓器經(jīng)濟運行區(qū)包括了變壓器額定負載在內(nèi)的較大負載范圍，在這個范圍的邊緣(如接近βj1，βj2的負載系數(shù))，其損耗率與最低損耗率相比仍較高，有必要在經(jīng)濟運行區(qū)內(nèi)確定優(yōu)選運行段。
確定優(yōu)先運行段的目的，是為了保證在此負載范圍內(nèi)，變壓器的綜合功率損耗率比最低綜合功率損耗率增加會小于10%，從而實現(xiàn)高效降損的目標。
經(jīng)過論證分析，根據(jù)國標《GB/T13462-92工礦企業(yè)電力變壓器經(jīng)濟運行導則》，對變壓器最佳經(jīng)濟運行區(qū)的上限負載率定為βz1=0.75。
根據(jù)變壓器綜合功率損耗率特性曲線，可以找到與βz1=0.75時的對應點
βz2，βz2即為最佳經(jīng)濟運行區(qū)的下限值，如圖2所示。
由圖2可知，變壓器分別在βz1與βz2運行時，其綜合功率損耗率是相等的，所以可得如下關(guān)系式：
ΔPoz (0.75)2ΔPdz÷0.75Secosφ2 ΔPoz (0.75)2ΔPdz=ΔPoz βz22ΔPdzβz2Secosφ2 ΔPoz βz22ΔPdz
經(jīng)化簡后可解得：
βz2=2ΔPoz÷1.5ΔPdz=1.333βz2 (6)
結(jié)論：最佳經(jīng)濟運行區(qū)的上限βz1=0.75;最佳經(jīng)濟運行區(qū)的下限βz2=1.333βz2。
綜上所述，以變壓器的實際綜合功率負載系數(shù)β為據(jù)，可將變壓器運行區(qū)域分為三類：
①最佳經(jīng)濟運行區(qū)：1.333βz2=βz2≤β≤βz1=0.75;
?、诮?jīng)濟運行區(qū)：βz1=0.75<β≤βj1=1及β2z=βj2≤β≤βz2=1.333βz2;
?、鄯墙?jīng)濟運行區(qū)：0≤β≤βz2。
電力變壓器的無勵磁分接開關(guān)亦稱無載調(diào)壓開關(guān)，它只能在變壓器停止運行，沒有激磁的情況下用來改變變壓器繞組的有效匝數(shù)，從而達到改變變比和變壓器輸出電壓的目的。因此，分接開關(guān)的觸點設計容量較小，也不需要采取滅弧措施，且開關(guān)操作也只限于手動就地操作。但是由于變壓器缺油，開關(guān)質(zhì)量差、維護不同、使用不慎、調(diào)檔不到位等情況發(fā)生，將會使整臺變壓器燒壞。在我們所檢修的電力變壓器中。因無載分接開關(guān)故障導致電力變壓器損壞的約占25%。
1 故障原因
(1) 變壓器滲油(導電桿螺帽不緊、箱蓋，油標密封墊，放油閥，焊縫等處)使無載分接開關(guān)裸露在空氣中，使之逐漸受潮。因為電力變壓器的油指示處在油枕中部，變壓器在運行中產(chǎn)生的碳化物受熱后又產(chǎn)生油焦等物質(zhì)將油標呼吸孔堵死造成假油面，少量的變壓器油留在油標內(nèi)，使人誤認為油面偏低而沒重視加油，時間一長，裸露的分接開關(guān)絕緣受潮后性能下降，導致放電短路，損壞變壓器。
(2) 無載分接開關(guān)的制造質(zhì)量差，結(jié)構(gòu)不合理、壓力不夠、接觸不可靠，外部字輪位置與內(nèi)部實際位置不完全一致，引起星形動觸頭位置不完全接觸，錯位的動、靜觸頭使兩抽頭間的絕緣距離變小，并在兩觸頭之間的電勢作用下發(fā)生短路或?qū)Φ囟搪贩烹?，短路電流很快就把抽頭線圈匝繞壞，甚至導致整個繞組損壞。
(3) 運行中的變壓器無載分接開關(guān)長期浸在高于常溫的油中，特別是偏遠農(nóng)村的線路長，電壓降大，使分接開關(guān)長期處于過負荷狀態(tài)中運行，油的老化可能引起分接開關(guān)觸頭出現(xiàn)碳化膜和油垢，觸頭發(fā)熱后使彈簧壓力降低(特別是觸環(huán)中彈簧、由于材料和制造工藝差，使彈性降低很快)或零件變形，分接開關(guān)的引線頭與接線螺絲松動等原因未及時處理，使導電部位接觸不良，接觸電阻增大，產(chǎn)生發(fā)熱和電弧燒傷，電弧還將產(chǎn)生大量氣體，分解出具有導電性能的碳化物和被熔化的銅微粒，噴涂在箱體、一、二次套管，繞組層間，匝間等處，引起短路燒壞變壓器。
(4) 部分村電工對無載分接開關(guān)原理不清，又無測量用的工(器)具，在遠離變電所的農(nóng)村電網(wǎng)中，電壓普遍偏低，村電工誤將原來無載分接開關(guān)從“2”檔調(diào)到“1”檔，發(fā)現(xiàn)電壓更低時，又將分接開關(guān)調(diào)到“3”檔位置，由于操作不慎引起分接開關(guān)不完全到位或扭斷動觸頭的絕緣軸，斷落的觸頭引起線間或?qū)Φ囟搪?，最終導致變壓器投入運行時，將高壓三相繞組燒壞。
(5) 安裝工藝差，對各部位緊固螺栓的檢查不仔細，造成變壓器箱體進水，使分接開關(guān)絕緣，繞組絕緣受潮。還有運行維護不到位，沒有嚴格執(zhí)行好《變壓器運行規(guī)程》，多數(shù)的變壓器從安裝到燒壞的幾年、十幾年中從沒進行常規(guī)維護和污垢的清理，導致變壓器散熱條件差而損壞。
2 檢測方法
(1) 在變壓器交接、大修時、更換分接開關(guān)和運行2年后的變壓器，必須用兆歐表測量絕緣電阻值，用電橋測量直流電阻值，對630kVA以下的變壓器，要求直流電阻相間誤差值<4%，線間誤差值<2%。
計算公式Rz= ×100%
式中RZ——誤差值
RD——最大電阻值
RC——最小電阻值
(2) 定期對變壓器絕緣油取樣化驗(送檢)，經(jīng)常檢查油枕中的實際油面位置，不要被假油指示所誤。
(3) 倒、換無載分接開關(guān)前后，必須用電橋測量出前后兩次直流電阻值，并作好記錄。
觀察三相直流電阻是否平衡是否在允許范圍內(nèi)，將倒換后的直流電阻與倒換前兩次記錄進行比較，判斷是否正常。通過比較可以診斷出是否存在上述故障，分析出原因后進行處理。
(4) 對運行中的變壓器無載分接開關(guān)就地調(diào)檔，在測試直流電阻的同時，還應測試變壓器上層油溫(因變壓器的繞組直流電阻與油溫有關(guān))，并把所測試的直流電阻值換算到20℃時的油溫值。
換算公式R20=×Ra
式中R20——換算為20℃時兩電阻值
T——系數(shù)。(銅為235，鋁為228)
ta——測量時變壓器的上層油溫
Ra——溫度為ta時測得的電阻值
在測量時使用儀表準確度應不低于0.2級，大型變壓器應不低于0.05級。
(5) 測量直流電阻時，應將連接導線截面選得大些，盡量縮短長度，接觸必須良好，用單臂電橋測量時，測量結(jié)果中還應減去測試線的電阻才是實際電阻值。測量完畢，先停檢流計，后停電池開關(guān)，以防燒壞電橋，倒換線時，必須將變壓器線圈放電，以防人身觸電。
3 檢修調(diào)試
(1) 無載分接開關(guān)的檢修調(diào)試是在變壓器吊芯至露出分接開關(guān)后進行(為保證安全，在檢修開始前應將變壓器端蓋用方木或其他物品支撐的箱體上)，首先，觀察觸頭與引線，觸柱與絕緣膠木是否有松動，動、靜觸頭壓力是否足夠。并可用手按壓試之，手感壓力應均勻，壓力過小的應更換彈簧，有條件也可用測力計測出壓力值，一般應在(24.5～49)×104Pa( 2.5 ～5kg)/cm2之間，對于非運行檔，可以反復轉(zhuǎn)動分接開關(guān)，然后觀察是否有摩擦痕跡。
(2) 外觀檢查可以發(fā)現(xiàn)用儀器不能發(fā)現(xiàn)的不正常故障，如運行中的無載分接開關(guān)動、靜觸頭的發(fā)熱、變色、變形或放電灼損的痕跡。發(fā)熱觸點周圍碳化，油垢積聚等現(xiàn)象，如發(fā)現(xiàn)這些不正常故障后，經(jīng)過修整后不能達到無載分接開關(guān)質(zhì)量標準的，必須更換新開關(guān)。
(3) 新?lián)Q無載分接開關(guān)后，應認真檢查分接開關(guān)所接的引線位置是否正確一致，要檢查鎖緊定位栓是否到位，再擰緊法蘭和三個密封螺絲，用搬手將分接開關(guān)向正、反方向各轉(zhuǎn)動5周以上，消除動、靜觸頭上的氧化膜，保證動、靜觸點接觸良好，在轉(zhuǎn)動觸點時應觀察指針位置與觸點實際位置是否正確。
(4) 吊芯前所測試的直流電阻值可以作檢修或更換分接開關(guān)時的參考，如果接入繞組匝數(shù)少的一檔直流電阻反而比其他檔大時，為該檔接觸不良。假如某相的某一檔上直流電阻值比其余兩相的同一檔的電阻大，而在另外兩相各檔上的直流電阻基本相等時，則此檔就該重點檢查，分析故障原因后處理。若分接開關(guān)觸頭有臟物和油垢，用抹布或衛(wèi)生紙揩拭干凈，觸點有放電灼損麻點或碳化物，要用#0細砂布擦光，動、靜觸點灼傷嚴重應更換新開關(guān)。
(5) 分接開關(guān)向外滲油、若是耐油膠墊老化所致，應將其更換。是法蘭盤不緊或轉(zhuǎn)動處向外滲油，視情況進行處理。分接開關(guān)絕緣部分受潮后，必須取下烘干后進行耐壓試驗，6～1 0kV分接開關(guān)的兩觸點之間，觸點與地之間的交流耐壓值應>2kV，35kV分接開關(guān)的交流耐壓值應>5kV。若絕緣表面，芯內(nèi)有擊穿和灼損的，必須更換新開關(guān)，在拆下開關(guān)之前，應注意將引線頭和接線柱加裝編號，記好方向，防止組裝時造成錯誤接線燒壞變壓器。
(6) 高壓引線有斷裂，燒熔時，應檢查相間、線間的絕緣距離，對地距離，并根據(jù)情況加強絕緣和距離調(diào)整，對引線進行修復調(diào)整，將所有缺陷處理完后，用凱爾文雙臂電橋測量無載分接開關(guān)各個位置的觸點電阻應<500μΩ，用2500V兆歐表測量觸點之間的絕緣電阻值，6 —10kV分接開關(guān)應>100MΩ，35kV分接開關(guān)應>2000MΩ。
(7) 分接開關(guān)在組裝，調(diào)試完畢后，再用雙臂電橋依次測量各檔位置的直流電阻值，并作好記錄，注意一定要將運行檔的直流電阻值放在最后一次測量、測試合格后，不要再切換無載分接開關(guān)位置。