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电力变压器抗短路技术

成果类型:: 发明专利

发布时间: 2022-11-01 16:44:18

科技成果产业化落地方案
方案提交机构:“科创中国”华中科技大学智能制造专业科技服务团| 王正伦 | 2022-11-02 14:49:03
多次短路冲击后绕组累积效应研究是防止大型电力变压器损坏的重要措施,也是电网运维管理主要关注内容。经统计,山西电网 110kV 及以上变压器损坏故障案例中,有80%的变压器实际短路电流远小于设计承受短路电流,而这些设备在故障前均发生过多 次短路冲击。因此,项目组针对变压器绕组累积效应问题,依托“产-学-研”的合作模式,开展了短路累积冲击仿真分析和真型试验测试等多项研究,
1.基于变压器绕组在短路情况下辐向、轴向以及复合铰链作用的多维分析,揭示了以元件物理特性为表征的短路累计冲击影响效应。通过建立电磁场-应力场耦合的变压器仿真模型,得到了各种类型短路电流作用下短路次数与绕组形变量关系曲线,获取了各种短路工况下绕组发生位移突变的短路次数阈值; 2.提出基于圆拱失稳理论的变压器辐向稳定性判断方法,通过真型模型突发短路试验完成累积效应的状态监测,验证了该方法有效性,并揭示了多次短路冲击下绕组支撑、导线类型和导线厚度对辐向失稳影响规律,为后期变压器改造提供有效依据;

项目成果的实施一方面在对变压器进行运行状态评估时,将其受到的短路冲击次数作为评估的重要参数之一,有利于对变压器运行状态更加准确、有效地进行评估;另一方面,根据评估结果,同时结合变压器型号参数、所带负荷、运行方式等参数,形成以强化压板结构为主的现场改造、基于等效电流分析的限抗改造和以材料升级和设计优化为主的返厂改造等差异化治理策略,综合提升了变压器抗短路能力水平,从而保障电网的安全稳定运行。项目成果的应用对完善变压器抗短路能力评估起到了有很好的促进作用,为输变电工程的建设、运行和发展提供了坚实的技术支撑,有利于保障国民经济的发展,促进社会的进步。

本项目研究成果促进了我国大型变压器的设计、制造和运行性能的大幅提升,有利于推动相关变压器制造厂家的产品技术升级,对提高变压器采购质量和运行技术维护水平有重要的作用,在保障电力系统安全稳定运行方面具有重要意义。

本研究团队长期从事电气设备故障检测与绝缘监测方面的研究,与国内电力部门的多家科研单位和一些主要的电力设备生产厂家如中国西电集团、特变电工、天威集团等建立了长期稳定的合作关系,在电力设备的绝缘故障检测、在线监测、风险评估、寿命预测等方面有大量研究成果。以变压器为例,研究团队攻克了变压器抗短路能力的静态校核和动态校核问题,研发了具有自主知识产权的专业计算软件,能够准确计算十几种短路情况下的变压器各绕组漏磁密、电动力、温升等参数,已应用于国家电网和南方电网的多家单位,同时在变压器的振动、噪声、油纸绝缘结构等方面所研究的新技术和新产品也有部分正在进行科技成果转化。研究团队负责人臧春艳博士是国家自然科学基金同行评议专家、教育部学位与研究生教育评估专家、湖北省本科优秀毕业论文评审专家、多个电力国际标准、国家及行业标准编制工作组成员;英国工程技术学会IET认证特许工程师CEng

在项目实施期间发生变压器低压短路冲击 43 台次(含 220 千伏 16 台和 110 千伏 27台),无变压器烧毁。220kV 变压器平均容量 150000KVA 且维修费用 200 万元/台,110kV变压器平均容量 50000KVA 且维修费用 100 万元/台,变压器烧毁抢修时间 10 天/台,每度电经济损失 0.1 元,变压器负载率为 60%,避免损失(16*150000+27*50000)*24*10*0.1*0.6=5400万元 ,节约因变压器烧毁带来的维修费用开支 200*16+100*27=5900 万元,共计产生经济效益 11300 万元。

短路累计冲击效应的研究与工程应用能有效解决变压器抗短路治理问题,为电网运维决策提供参考依据。通过项目实施,避免大型变压器短路冲击烧毁,提早对抗短路能力不足的变压器开展综合整治,防止变压器故障引起的严重电网运行风险事故,具有显著的社会意义。同时,项目成果也可有效指导变压器制造商提高产品质量,防患于未然。

变压器烧毁后其绝缘油受到短路电弧污染,导致无法使用,而受污染的绝缘油无法再利用,会对自然环境造成极大破坏。另外,变压器绝缘件大多来自树木,短路烧毁的绝缘件也无法再加工利用,造成有限的森林植被非必要砍伐。因此,防止变压器短路冲击烧毁能起到很好的保护自然和生态环境的作用。

技术入股、技术支持、技术转让、技术服务、合作开发、作价入股等多种转化方式均可详谈