[關(guān)鍵詞]并聯(lián)電抗器振動超標(biāo)減振措施

    0引言

    隨著跨區(qū)域長距離輸變電工程的建設(shè)及電壓等級的不斷提高,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目前電壓等級最高的輸變電工程,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,該組電抗器通過隔離開關(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)試過程中,發(fā)現(xiàn)官亭變電站750kV2號并聯(lián)電抗器A、B、C三相振動均有多個超標(biāo)點(diǎn)(出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)合格)。為了限制電抗器的振動,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的具體狀況,對電抗器的振動進(jìn)行了嚴(yán)密的跟蹤監(jiān)測。

    1電抗器振動產(chǎn)生的機(jī)理

    電抗器之所以會產(chǎn)生振動,這是由其本身的結(jié)構(gòu)所決定的。鐵芯并聯(lián)電抗器的中心問題是鐵芯特殊和漏磁,由此易帶來振動較大和局部過熱問題,威脅設(shè)備及電網(wǎng)的安全運(yùn)行,迄今為止,振動和過熱仍是鐵芯電抗器的2個世界性難題。因此,如何減小振動和克服局部過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。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,這勢必帶來較之變壓器大得多的振動問題和漏磁問題。變壓器一、二次繞組總是互相去磁,而電抗器只有一個繞組,沒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,大量的漏磁通會在部件中產(chǎn)生環(huán)流,引起局部過熱,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,這些磁吸引力會引起額外的振動和噪聲。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,因此電抗器的振動和噪聲都較大。在工頻電壓、電流情況下,交變的磁勢產(chǎn)生的磁場、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,所以其間的磁場力為吸引力,且其大小與磁密的平方成正比。在交變磁場的作用下,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,振動頻率為100Hz。由此看來,鐵芯并聯(lián)電抗器的振動是固有的,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的幅值,卻不能完全消除振動。但如果電抗器的振動嚴(yán)重,且長期得不到有效限制,則會引發(fā)設(shè)備事故。根據(jù)有關(guān)資料,國內(nèi)曾多次發(fā)生由于電抗器振動導(dǎo)致的故障,如:高壓套管升高座螺絲因金屬疲勞而斷裂、瓦斯繼電器誤動等。

    2設(shè)備制造時采取的減振工藝及出廠測試

    (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)械振動產(chǎn)生的根源。因此,要減小振動必須增大對鐵芯餅的壓緊,并使鐵芯固有頻率遠(yuǎn)離交流電所引起的振動頻率。該電抗器在廠家設(shè)計(jì)、制造時,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頻率遠(yuǎn)離交流電所引起的100Hz的振動頻率。

    (2)采用了油箱對器身的強(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)。國標(biāo)GB10229—1988規(guī)定:并聯(lián)電抗器振動最大值不超過200μm。電抗器出廠時振動測試結(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)行后的測試及采取的減振措施

    盡管制造時已采取了減振工藝,但在現(xiàn)場安裝、運(yùn)行后,測試仍發(fā)現(xiàn)該電抗器存在振動超標(biāo)的問題。國家電網(wǎng)公司建設(shè)運(yùn)行部、西北電網(wǎng)公司邀請烏克蘭VIT專家及國內(nèi)專家進(jìn)行了測試分析。

    根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn),振動測試為特殊試驗(yàn),在現(xiàn)場測試中,共選擇了42個具有代表性的測試點(diǎn)對電抗器進(jìn)行測試,結(jié)果如下:信息來自:www.tede.cn

    (1)多次測試中,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)集中在兩個基礎(chǔ)橫梁之間中部,三相中B相振動幅值最大。電抗器A、B、C三相的振動超標(biāo)點(diǎn)分布位置非常吻合,這說明三相電抗器振動產(chǎn)生的器身內(nèi)部原因和外部條件是相同的。

    (2)在測量電抗器振動幅值的同時,對振動也進(jìn)行了頻譜分析,振動動態(tài)信號主要分量為100Hz,分析認(rèn)為振動是在電磁力強(qiáng)制頻率(100Hz)下產(chǎn)生的。

    綜合現(xiàn)場測試結(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,振動可能因此而引起。如果不及時采取措施,可能會導(dǎo)致電抗器底部橫梁及整個油箱的持續(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,采取臨時支撐措施。

    3.1臨時減振措施

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

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

    2006年2月7～9日,又對A、C兩相采取了同樣的臨時措施,通過檢測底部各千斤頂?shù)氖芰?對臨時支撐進(jìn)行了調(diào)整,并且采用了同樣方式對振動進(jìn)行測試。測試數(shù)據(jù)表明,三相振動最大值總體呈降低的趨勢,但部分測點(diǎn)振動仍然超過標(biāo)準(zhǔn)值。

    3.2基礎(chǔ)采取加固措施及振動測試

    上述減振措施畢竟是臨時性的,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)之間的生根問題等,經(jīng)過專家討論,認(rèn)為需要在總結(jié)臨時減振措施實(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,對官亭變750kV2號電抗器采取了新增條形基礎(chǔ)的措施。拆除電抗器原有2個條形基礎(chǔ)之間的油坑底板,將新增條形基礎(chǔ)下對應(yīng)的平板基礎(chǔ)頂面混凝土保護(hù)層鑿開露出鋼筋,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個千斤頂支撐。

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

    (1)隨著電抗器運(yùn)行時間的增加、本體油溫的變化以及臨時措施和基礎(chǔ)加固措施的實(shí)施及調(diào)整,振動幅值也在不斷變化。說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情況。

    (2)電抗器三相的振動水平隨環(huán)境溫度及本體

    油溫的變化而變化。振動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)過一段時間的振動檢測,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)振動測試情況,電抗器基礎(chǔ)是造成振動超標(biāo)問題的主要因素之一。電抗器每相僅有2個條形基礎(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,導(dǎo)致電抗器底部橫梁及油箱的持續(xù)變形,并使運(yùn)行中的電抗器振動狀況存在惡化的趨勢。

    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(2006年1月至今)的情況下,三相振動最大值及平均值穩(wěn)中有降。

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

    414電抗器振動問題得到了一定程度的遏制,盡管最新的測試結(jié)果尚未達(dá)到設(shè)備訂貨合同要求的標(biāo)準(zhǔn),單純從振動幅值降低角度來看效果不明顯,但考慮到環(huán)溫和油溫變化對振動的影響因素,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電抗器個別部位由于振動原因可能已經(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的幅值,并限制振動進(jìn)一步惡化。

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

    417如果基礎(chǔ)加固減振措施仍不能有效限制振動,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原因,檢查電抗器內(nèi)部是否存在緊固件連接松動、磁力間隙不均引發(fā)磁力激振等問題。此次電抗器振動超標(biāo)問題及處理經(jīng)驗(yàn),在后續(xù)工程及1000kV輸變電工程中可為借鑒。  

    1國標(biāo)GB10229—1988《電抗器》

    2禹云長,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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