750kV并联电抗器减振措施及效果分析

 0引言

    随着跨区域长距离输变电工程的建设及电压等级的不断提高,输电线路的充电电容显著增大。为了补偿线路充电功率,抑制系统工频过电压,保证系统的安全稳定运行,并联电抗器是超高压电网中必不可少的电气设备。

    西北电网750kV官亭至兰州东输变电示范工程是中国目前电压等级最高的输变电工程,该工程于2005年9月26日投入运行。作为示范工程起点的官亭变电站内装设了一组容量为 300Mvar的750kV并联电抗器,该组电抗器通过隔离开关并联在750kV官东Ⅰ线上,其中性点经小电抗接地。

    2005年9月21日,在750kV输变电示范工程系统调试过程中,发现官亭变电站750kV2号并联电抗器A、B、C三相振动均有多个超标点(出厂试验数据合格)。为了限制电抗器的振动,在生产厂家、陕西电科院等单位的配合下,西北电网公司采取了一系列的减振措施,并且,为了掌握电抗器振动的具体状况,对电抗器的振动进行了严密的跟踪监测。

    1电抗器振动产生的机理

    电抗器之所以会产生振动,这是由其本身的结构所决定的。铁芯并联电抗器的中心问题是铁芯特殊和漏磁,由此易带来振动较大和局部过热问题,威胁设备及电网的安全运行,迄今为止,振动和过热仍是铁芯电抗器的2个世界性难题。因此,如何减小振动和克服局部过热就成为各制造厂家研制并联电抗器的重点课题。

    在空心线圈中插入铁磁材料,即可提供更大电感,这是铁芯电抗器的由来。高电压、大容量并联电抗器要获得较大并且在一定条件下趋于稳定的电抗,那么必须在铁芯电抗器的铁芯上串联许多气隙,用于增大磁阻、限制磁饱和的影响,这势必带来较之变压器大得多的振动问题和漏磁问题。变压器一、二次绕组总是互相去磁,而电抗器只有一个绕组,没有与其平衡的二次绕组,再加上其气隙的影响,所以铁芯电抗器漏磁通较大,若处理不好,大量的漏磁通会在部件中产生环流,引起局部过热,加速绝缘油分解劣化,造成事故。

    电抗器由于铁芯柱的分段,各段分别产生磁极,使铁芯饼之间存在着磁吸引力,这些磁吸引力会引起额外的振动和噪声。由铁芯饼、垫块和铁轭组成的系统还有可能出现机械共振现象,因此电抗器的振动和噪声都较大。在工频电压、电流情况下,交变的磁势产生的磁场、铁芯磁密是交变的。电抗器各相邻铁芯饼之间任何瞬间都是异性磁极相邻,所以其间的磁场力为吸引力,且其大小与磁密的平方成正比。在交变磁场的作用下,相邻铁芯饼之间的吸引力在零与最大值之间以2倍于电源频率(50Hz)的频率交变,从而造成铁芯饼弹性变形的交变而产生机械振动,振动频率为100Hz。由此看来,铁芯并联电抗器的振动是固有的,因此在电抗器设计、制造、运行中,只能从一定程度上去限制振动的幅值,却不能完全消除振动。但如果电抗器的振动严重,且长期得不到有效限制,则会引发设备事故。根据有关资料,国内曾多次发生由于电抗器振动导致的故障,如:高压套管升高座螺丝因金属疲劳而断裂、瓦斯继电器误动等。

    2设备制造时采取的减振工艺及出厂测试

    (1)根据前述,在交流电作用下,由铁芯饼叠成的芯柱周期性弹性形变变化是机械振动产生的根源。因此,要减小振动必须增大对铁芯饼的压紧,并使铁芯固有频率远离交流电所引起的振动频率。该电抗器在厂家设计、制造时,已采取了铁芯的三处强力压紧,在芯柱中孔轴线上设置一处压紧,并在两旁柱外侧各设置一处压紧,三处压紧都设置防松止退系统。设置多处压紧,能够合理增多约束,有助于使铁芯固有振动频率远离交流电所引起的100Hz的振动频率。

    (2)采用了油箱对器身的强力定位机构,并在器身与油箱之间设置了减震系统。

    (3)采用铁芯饼真空压力浇铸、铁芯紧固等特殊工艺。

    根据与厂家签订的订货合同技术协议书的规定,在额定电压及额定频率下,750kV并联电抗器油箱壁机械振动幅度限值为: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)。国标GB10229—1988规定:并联电抗器振动最大值不超过200μm。电抗器出厂时振动测试结果完全符合标准: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设备运行后的测试及采取的减振措施

    尽管制造时已采取了减振工艺,但在现场安装、运行后,测试仍发现该电抗器存在振动超标的问题。国家电网公司建设运行部、西北电网公司邀请乌克兰VIT专家及国内专家进行了测试分析。

    根据IEC标准,振动测试为特殊试验,在现场测试中,共选择了42个具有代表性的测试点对电抗器进行测试,结果如下:信息来自:www.tede.cn

    (1)多次测试中,发现超标点集中在电抗器北侧油箱壁面上部。底部超标点集中在两个基础横梁之间中部,三相中B相振动幅值最大。电抗器A、B、C三相的振动超标点分布位置非常吻合,这说明三相电抗器振动产生的器身内部原因和外部条件是相同的。

    (2)在测量电抗器振动幅值的同时,对振动也进行了频谱分析,振动动态信号主要分量为100Hz,分析认为振动是在电磁力强制频率 (100Hz)下产生的。

    综合现场测试结果、噪声及电抗器摆放方式,认为750kV并联电抗器体积较大,且电抗器重量集中在中部,但电抗器每相仅有2个条形基础,使电抗器底部的横梁缺少支撑,底部横梁较出厂弯曲度增加,振动可能因此而引起。如果不及时采取措施,可能会导致电抗器底部横梁及整个油箱的持续变形,甚至导致油箱底部支撑器身条件的改变。