变压器运行和维护1.变压器安装的设计和布局1.1 户外变电站 对变压器安装的布局规划时，应考虑许多方面的要求。 所有含 BS 148油的电力变压器都存在火灾的隐患，在进行变电站设计时，防火是要考虑的首要问题。变压器应安装在限制火灾的环境中，即万一有一台变压器发生火灾，则火灾范围只能限于本台变压器及与这台变压器紧密相关的辅助设备，而不能牵连到其他变压器及相关的辅助设备、电缆和维护设备，对于安装两台或两台以上的变压器以作备用的变电站而言，这一点至关重要。 1.1.1 由油浸变压器引发的火灾 在考虑上述要求时，应当认识到变压器油 (矿物油)导致的火灾并非像平时想像的那样严重。由于规定变压器油的闭口闪点不低于140，即当温度在140以下时，密封空间不可能积累足够的蒸汽引起火焰或其他火灾。在非密封空间内，温度相应地要高一些。一般来说，矿物油需要灯芯才能产生足够的蒸汽而自由燃烧。英国中央供电局(CEGB)对英国电力部门进行的统计（内部资料）表明，与变压器有关的火灾率很低，通过前一段时间对132kV级以下的变压器调查分析已经证实了这一点。这是因为在低电压系统中，受变压器的故障水平和保护装置动作时间所限，变压器不可能在一次故障中产生足够的能量使油温高到引起燃烧的程度。如果采用合理的保护措施，则可以在离建筑物和电厂相当近的地方安装高压侧为33kV或以下电压等级的油浸式变压器，并非一定要采用难燃、干式或树脂浇注绝缘变压器。只有在建筑物内和户内安装变压器时，才需要采用难燃、干式或树脂浇注变压器，这一点将在后面分别予以论述。 (注：规定闭口闪点的原因是为了保证若干年后冷却介质不受损失。对配电变压器来说,如果没有储油柜，变压器油的损耗则极大。这些变压器油中暴露于空气中的表面积最大，会使油耗散。当然这些变压器是最容易安装、又最容易被人忘记的变压器，但是，如果这些变压器长时间内持续损耗变压器油，最终会导致绕组露出油面的危险。可利用宾斯基马丁斯测量仪测量油的闭口闪点。闪点给出了变压器油蒸发出的可燃气体在油面上方空间充分聚集、遇到明火而“闪火” 的温度。) 在过去发生火灾的地方，通常是故障造成变压器油箱破裂，导致变压器油快速流失。如果故障位置的温度很高，而且暴露在大气中，则会出现起火。此时变压器绝缘将作为引燃物维持燃烧。再次强调这一点的意义是，只要故障能量不至于引起油箱破裂，则发生火灾的危险性则会大大降低。快速的故障切断时间也会减少故障的能量，加上足够的压力释放阀 (大型油箱不只一个)，以便减小油箱破裂的危险。可以采用布置压力释放阀从而使变压器跳闸的方式来降低火灾发生率，但是一定要权衡比较压力释放器误动作所引起变压器跳闸和因此降低的火灾发生率。 此外还必须防止任何低能量点火装置起火。一般当故障引起油滴漏或油渗出到受热表面时，会出现上述情况的点火。当外部套管连线由于接触电阻过大而起过热时，可能出现这种情况。如果温度升高到使瓷绝缘体热膨胀破裂的程度并使油泄漏到过热的接头上，就会引起点火。此时，慢慢渗出的油可以将该区域变成一束火焰。这种类型的事故其危险是使电气保护装置失灵，从而使故障一直延续未被发现，直到火灾达到非常严重的程度。 1.1.2 将火灾降到最低限度 多年来的常规做法是在变电站安装油浸式变压器和高压开关设备的地面上铺一层碎石并且修筑一个排油池。这样，溢出的油则可迅速地被地面的碎石层吸收，因此会防止因重大事故导致的火灾。但是根据英国中央供电局在 2O世纪60年代对许多重大的发电机变压器火灾事故的调查表明，地面上铺的碎石层在若干年后会变成油质层，而且上面形成有一层油垢，在火灾情况下，油垢很可能又成为一种助燃物质，使火灾更难扑灭。 当然，对独立的变电站来说，不可能始终采取比铺石层更好的方案，但是英国中央供电局在上述调研的基础上，研究出一种被证明非常有效的防止以前各类重大火灾的防火系统。这一系统包括为每台变压器配置一个固定的喷水装置。此装置包括安装在变压器周围并指向变压器的喷水嘴系统，当安装在变压器上方和四周的一系列含气玻璃探测管 (燃烧管)中的任何一个燃烧时，喷嘴会向变压器大量喷水。整个系统安装时一般不含水，当玻璃探测管被点燃时，会相应地引起空气压力下降，从而开启控水阀，水就会流进喷水管中，而后进入喷嘴。由于平时水压一直保持在85bar(1bar=Pa)大气压力下，它可立即控制住火势，此时起动备用水泵以保持供水压力。迅速灭火措施非常重要的一点是快速地把落到地基表面的油移走。表面覆盖着石头的油池因天长日久会汇集变压器油，当变压器上部喷水时，会使油池中的油又溅落回地面。为避免这种情况，集油池表面要用，滑的混凝土浇注，而并非用碎石子。要配置大的排油池，而且必须与变压器集油和存油系统之间有足够的落差。 显然，不能允许大量油和水流进正常下水道，因此排油池要连接截流池，以便在允许水进入正常下水道之前，对油进行处理和分离。图 l示出了典型的布置图。虽然基座的设计可快速排水，但是很重要的一点是必须保证被油污染的水不要大量流人相邻区域。因此，每个基座都要构筑至少可存储变压器油箱总容积量另加由于防火操作5min和大雨过后这一区域的汇流水。 图 1 变压器排泄系统从民用工程角度看，此系统造价很高，并且需要大量水来灭火。一般情下只有发电厂的变压器或主要输变电站的重要变压器才采用这种防火系统。在上述场合下，这是最有效的防火方法，它对变压器周围区域的有效管理也很有好处。 1.1.3 集油 即使传统的碎石层和储油池系统被作为变压器区域的基础，仍需要考虑收集从油箱和冷却器中流失出的油，要采取适当的预防措施防止这些变压器油进入下水道中。这种预防措施一般是在变压器和冷却器周围筑堤坝和储油池，它们必须能够容纳全部油量以及在该区域可能遇到的最大降雨量。由于筑坝区域在正常运行条件下要考虑暴雨的排放，所以应当有适当的截流措施，以便对溢出的油进行分离和储存。 1.1.4 隔离和分离 上述设施的建造形式不必过分讲究，主要应侧重于它的防火性能，包括设备的隔离或分离。 分离包括将变压器与备用变压器 (如果有的话)或其他需要防火的电厂和设备保持一定距离。一般认为1Om的间距就够了，这表示不但变压器与其备用变压器的距离至少保持l0m，所有连接线路、辅助电缆及辅助装置都必须至少保持这一距离。 在许多场合下，这种措施对空间的要求是非常苛刻的，因而导致人们选用一种隔离系统，这依赖于在负荷设备和备用电厂及所有辅助设备之间布设的防火墙。不管在一台变压器上的火灾多么严重，持续时间多长，都要保证防火墙的完好无损。此外，当其中一台变压器出现爆炸时，防火墙不得被破坏，所以它需要用钢筋混凝土构筑。来自变压器的爆炸碎片不能撞击与备用变压器有关的任何设备，包括套管、电缆、冷却器和冷却器管路或开关设备。一般来说，为了便于进出，变压器与防火墙的距离至少保持 1m，且这一距离可根据流通冷却空气的需要来增加，这一点将在以后论述。 1.1.5 变电站布置的其他要求 正如以上阐述的那样，要保护备用变压器不受正常供电变压器的影响，反之亦然。除此之外，对变电站进行布置时还要考虑的另一个重要方面是必须保证变压器正确的相位关系。满足以上要求后，变压器才能并联运行。在每个站点，都应备有供电系统相位图，图中应标明站点内的输入电路和设备。尽管原理很简单，但在变压器投入运行期间却还是会发生令人不可思议的错误，要严格地按照规定布置变压器才可以有效避免出现这种错误。变压器和开关装置之间的低压电缆可以换位，这样可使配电屏上出现正确顺序，但高压架空线或金属包层的分相母线则不太容易换位，因此变压器应当始终以正确的相序直接与端子相连，不要再变换相序。在英国，常规的做法是当面对变压器高压侧时，从左到右的相序是 A、B、C，这表示面对低压侧时，从左到右的相序是c、b、a，或者从右到左的相序是a、b、c。如果高压或低压有一个中性点如果高压或者低压，或者两者都有一个中性点)，这些中性点可以在任一端，但必须在变压器铭牌上将中性点与线端的正确关系予以标明。相位关系表示为当变压器高压侧A相处于12点钟的位置时，假定按逆时针方向旋转，则相序为A、B、C。 总结前面章节的内容可以看出，在现场移动一台大型变压器是一项困难的工作。因此在设计变电站时，要考虑的另一个重要方面是变压器和运输设备的进出。重量在25t以下的小型变压器可以用移动吊车直接从运输机上吊到指定的变压器地基的正确位置，但大多数变压器必须借助千斤顶和滑轨，才能放到正确的位置，必须允许运输机接近最佳位置，以便将变压器运移到合适的起吊点。当然，尽管变压器是电厂中最可靠的设备，但在偶然情况下，也可能发生失效，所以在需要移走变压器时，应将其他设备的影响降低到最小。 设计变电站时，除了水冷变压器外，还应当考虑变压器热量的散失。无论散热器是安装在油箱上还是作为独立的设置，都要留出足够的空间来流通冷却空气。如果冷却器被防风墙挡住或离建筑物太近，则可以建立一个二次循环系统，这样可使冷却器吸收被变压器加热的空气。较理想的情况是，冷却器或变压器及安装在油箱上的散热器的所有侧面都具有适当尺寸的空间。 图 2示出了典型的双变压器变电站布置图，它兼顾以上各项要求，并且带有适当的识别特征。 图 2 在132kV变电站布置的典型双变压器1.2 户内变压器 虽然近来的经验和数据都已表明，油浸电力变压器特别是高压侧电压低于 33kV、额定容量小于1OMVA的油浸电力变压器发生火灾的危险性很低，但由于安装在户内的电力变压器还是有发生火灾的可能，所以最好避免在户内安装油浸变压器。虽然在这种情况下，设计工程师或建筑师都会建议没有必要这样做，但保险商可能会要求必须这样做。 目前，各种类型的电力设备在室内的使用非常广泛，而且电力负荷的大小表明，许多办公楼和商业建筑采用的供电电源至少为 3.3kV，因而需要降压至415V用于室内配电，这样就会使防火变压器的市场需求不断增加，所以各种不同类型的变压器也就应运而生。 在证实聚氯联苯 ()存在环境污染不能再用之前，作为室内变压器的首选绝缘材料是不存在任何争议的。可能有些厂家和用户看到了不用液体绝缘的好处而转向干式变压器，但当时C级绝缘材料还不可靠，除非使用环境良好、干燥和清洁，并且树脂浇注非常昂贵，还存在着可靠性问题。由于当时在教科书中很少提到关于绝缘材料的选择问题，所以采用做做绝缘材料的变压器很少出现安装和运行问题。 聚氯联苯是一种非常好的绝缘材料，没有任何绝缘材料能与它的电气性能或防火性能相比。现在人们已经深刻认识到避免环境灾害的必要性，不仅要避免由变压器故障或油渗漏所造成的火灾，还要避免变压器内部可燃气体引起的外部火灾，因此迫切需要克服各种困难研制出一种新型的绝缘材料。目前，室内安装能变压器必须满足以下条件： 绝缘材料必须无毒，可以生物降解并且不存在对环境有害的物质。 绝缘材料的燃点必须在 300以上。 绝缘材料不能助长外部火灾的蔓延，并且其燃烧物也是无毒的。 在正常运行状态，变压器内部的绝缘材料不能产生电气放电、严重的电弧以及其他有毒或腐蚀性的烟雾或化合物。 各种液体绝缘材料，都能够满足以上要求。树脂浇注材料鲢燃烧性取决于树脂类型和所用填充剂的数量和类型，大多数正规厂家生产的树脂浇注变压器均能满足以上要求，但是如果存在质疑，安装人员应要求变压器厂家提供担保。 一般来说，油浸变压器要比树脂浇注变压器或其他干式变压器体积小，价格也较便宜，但安装变压器时，必须防止出现绝缘油渗漏现象，即必须有集油池或堤坝式集油装置，以防变压器油流人建筑物的地下水道。如果将变压器安装在高于地面的位置，在变压器下方则要建一个小屋，以免变压器油流到地面上。这些措施的费用并不包括在变压器成本内，而且建堤坝所占用的空间也会使小型变压器的占用范围加大。反之，在安装树脂浇注或干式变压器的建筑中，由于在新建筑物完工时常常会出现漏水事件，所以还需要有其他设施，尤其是水管来保证在漏