本發(fā)明涉及一種大型變壓器短路損壞風(fēng)險(xiǎn)概率評(píng)估方法，是一種適用于變壓器短路損壞狀態(tài)分析的新型方法，屬于變壓器運(yùn)行檢測(cè)及維修領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

變壓器是供電系統(tǒng)的核心，其運(yùn)行的可靠性對(duì)電力系統(tǒng)安全影響極大。但是，隨著當(dāng)前電網(wǎng)容量的日益增大，系統(tǒng)短路容量亦隨之增大，同時(shí)，變電站進(jìn)出線路運(yùn)行環(huán)境不容樂(lè)觀，各種過(guò)電壓時(shí)有發(fā)生。近年來(lái)，由于種種原因，外部短路引起大型變壓器損壞的事故屢有發(fā)生，許多變壓器在短路電流、短路時(shí)間遠(yuǎn)不及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求和廠家承諾的水平的情況下即發(fā)生繞組變形和損壞，有的新投入運(yùn)行的變壓器外部短路一、二次即遭損毀。因此，通過(guò)計(jì)算了解變壓器抗短路能力是否滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行要求，是目前運(yùn)行單位急需掌握的情況。

以變壓器自身能夠承受的短路力F_B與變壓器外部短路時(shí)可產(chǎn)生在繞組上的最大短路力F_C的比值來(lái)表征變壓器的抗短路能力，稱(chēng)之為變壓器短路耐受能力Z。該值越大表明變壓器在遭受外部短路后繞組發(fā)生變形損壞的可能性越小，反之，該值越小變壓器短路損壞的可能性也越大。日本變壓器委員會(huì)推薦算法計(jì)算變壓器短路耐受能力Z的方法如下。

短路耐受能力Z由式(1)得到：

$Z=\frac{F_B}{F_C}---\left(1\right)$

式(1)中的F_C由式(2)得到，

$F_c=\frac{F_r}{{\mathrm{Ml}}_m},(g/mm)---\left(2\right)$

式(2)中：l_m為線圈的平均周長(zhǎng)，mm；M為線餅數(shù)；F_r為短路時(shí)內(nèi)線圈承受的電動(dòng)力，g；

式(2)中的F_r由式(3)得到；

$F_r=6.4A_m^2{\mathrm{hI}}_m=\frac{6.4l_m}{h}{\left(\frac{I_n\×N\×k}{70u_k}\right)}^2,\left(g\right)---\left(3\right)$

式(3)中：N為線圈的匝數(shù)；h為線圈的高度，mm；k為系數(shù)，取決于短路阻抗中電抗與電阻的比值，可查GB1094.5-2008得到；I_n為額定電流，A；u_k為系統(tǒng)阻抗，％；l_m為線圈的平均周長(zhǎng)，mm。

式(1)中的F_B由式(4)得到，

$F_B=\frac{EI}{R^3}(m^2-1),(g/mm)---\left(4\right)$

式(4)中：E為銅導(dǎo)線的彈性模量，普通軟銅導(dǎo)線通常取E＝12.25×10⁴MPa；R為線圈的平均半徑，mm，由式得到；

式(4)中：m為線圈內(nèi)徑撐條的有效支撐數(shù)目，為實(shí)際撐條數(shù)的一半，由式得到,其中Z_k為實(shí)際撐條數(shù)；

①對(duì)于普通導(dǎo)線，式(4)中的導(dǎo)線慣性矩I由式(5)得到：

$I=\frac{n_b^y{b}^3\×n_l\×t}{12},\left({\mathrm{mm}}^4\right)---\left(5\right)$

式(5)中：nb為線餅中輻向的導(dǎo)線根數(shù)；b為單根導(dǎo)線的輻向?qū)挾?，mm；n_l為線餅中軸向的導(dǎo)線根數(shù)；t為單根導(dǎo)線的軸向高度，mm；y為線股間粘結(jié)狀態(tài)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，通常1≤y≤3，對(duì)于普通導(dǎo)線y＝1；

②對(duì)于換位導(dǎo)線，式(4)中的導(dǎo)線慣性矩I由式(6)得到：

$I=\frac{1}{6}{\left(\frac{x}{2}\right)}^y{n}^{1.5}\×b^3\×t,\left({\mathrm{mm}}^4\right)---\left(6\right)$

式(6)中：x為一根換位導(dǎo)線內(nèi)導(dǎo)線的股數(shù)；b為每股導(dǎo)線的輻向?qū)挾龋琺m；t為每股導(dǎo)線的軸向高度，mm；n為線餅內(nèi)換位導(dǎo)線的根數(shù)；y為線股間粘結(jié)狀態(tài)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，通常l≤y≤3，對(duì)于自粘性換位導(dǎo)線y＝2.3～2.5，如導(dǎo)線匝絕緣的外層涂熱固性膠，y＝1.4。

目前各個(gè)網(wǎng)省公司對(duì)在運(yùn)變壓器短路耐受能力進(jìn)行了計(jì)算，有的采用日本變壓器委員會(huì)推薦的算法，有的采用有限元方法計(jì)算等，通過(guò)這些算法，運(yùn)行單位可以直觀的掌握變壓器的短路耐受能力，有的也對(duì)運(yùn)行的變壓器低壓側(cè)設(shè)備質(zhì)量及故障情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，從而了解變壓器低壓側(cè)出口跳閘的概率，進(jìn)而直觀的分析變壓器低壓繞組短路損壞的可能性，但目前尚未發(fā)現(xiàn)將變壓器的短路耐受能力與變壓器運(yùn)行環(huán)境及歷史遭受的工況相結(jié)合，進(jìn)而評(píng)價(jià)變壓器遭受短路時(shí)變壓器損壞概率的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種適用范圍廣、可靠性高、成本低，且在運(yùn)行狀態(tài)下可直觀評(píng)估變壓器遭受短路損壞風(fēng)險(xiǎn)概率的評(píng)估方法。

對(duì)于已經(jīng)投入運(yùn)行的變壓器，其短路損壞潛在風(fēng)險(xiǎn)受多種因素共同作用，不但與其短路耐受能力有關(guān)，也與其運(yùn)行情況、低壓側(cè)配置情況等有關(guān)。影響變壓器短路損壞潛在風(fēng)險(xiǎn)的主要因素如下。

(1)變壓器短路耐受能力：變壓器短路耐受能力是影響變壓器繞組短路損壞潛在風(fēng)險(xiǎn)最重要的因素，由變壓器的結(jié)構(gòu)參數(shù)決定，可采用日本變壓器委員會(huì)推薦算法計(jì)算變壓器短路耐受能力Z，按照下述規(guī)則進(jìn)行分檔；

第一檔：Z≤1.2，短路耐受能力低于2.0，從抗短路能力來(lái)看，其抗短路能力嚴(yán)重不足；第二檔：1.2＜Z≤1.7，其抗短路能力也不足；第三檔：1.7＜Z≤2.1，其抗短路能力處于滿(mǎn)足抗短路能力的邊緣；第四檔：2.1＜Z≤10之間，其抗短路能力從校核結(jié)果來(lái)看滿(mǎn)足抗短路能力要求；第五檔：Z＞10，其抗短路能力大大提高。

(2)變壓器運(yùn)行情況：受累積效應(yīng)的影響，曾經(jīng)遭受過(guò)短路電流沖擊的變壓器更加容易發(fā)生突發(fā)短路損壞故障，所以應(yīng)考慮變壓器遭受短路電流沖擊的大小和次數(shù)，以及變壓器繞組變形試驗(yàn)結(jié)果等因素。

(3)變壓器低壓側(cè)配置情況：低壓側(cè)出線數(shù)量越多，變壓器遭受出口或者近區(qū)短路的幾率就越高，所以應(yīng)考慮其低壓側(cè)出線數(shù)量、是否安裝限流電抗器以及低壓側(cè)母線絕緣化完善情況等反措執(zhí)行情況因素。

本發(fā)明提供一種大型變壓器短路損壞風(fēng)險(xiǎn)概率評(píng)估方法，其具體內(nèi)容為：根據(jù)表1將變壓器短路耐受能力校核結(jié)果、變壓器運(yùn)行情況以及變壓器低壓側(cè)配置情況設(shè)置得分、賦予權(quán)重，量化變壓器短路損壞風(fēng)險(xiǎn)概率F，并進(jìn)行分級(jí)。式(7)為變壓器短路損壞風(fēng)險(xiǎn)概率F的計(jì)算公式：

F＝A1×0.6+(B1+B2+B3+B4+B5)×0.2+(C1+C2+C3)×0.2 (7)

根據(jù)式(7)的計(jì)算結(jié)果，將變壓器短路損壞概率F分為5個(gè)級(jí)別：第一級(jí)別，F(xiàn)≥80，變壓器短路損壞風(fēng)險(xiǎn)低；第二級(jí)別，70≤F＜80，變壓器短路損壞風(fēng)險(xiǎn)較低；第三級(jí)別，55≤F＜70，變壓器面臨一定的短路損壞風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)采取防范措施；第四級(jí)別，35≤F＜55，變壓器短路損壞風(fēng)險(xiǎn)較高，應(yīng)采取綜合治理措施；第五級(jí)別，F(xiàn)＜35分，變壓器短路損壞風(fēng)險(xiǎn)極高。

表1 變壓器短路損壞風(fēng)險(xiǎn)因素得分與權(quán)重

本發(fā)明的有益效果：(1)本發(fā)明將變壓器短路耐受能力、運(yùn)行情況及低壓側(cè)配置情況進(jìn)行結(jié)合，系統(tǒng)全面地評(píng)價(jià)了運(yùn)行的變壓器的短路損壞風(fēng)險(xiǎn)概率，解決了當(dāng)前變壓器抗短路能力評(píng)價(jià)不全面，不系統(tǒng)的難題；

(2)本發(fā)明中將運(yùn)行環(huán)境、短路次數(shù)及出線短路等參數(shù)進(jìn)行綜合考慮，可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)對(duì)變壓器短路損壞風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估；

(3)本發(fā)明適用范圍廣，可對(duì)各種不同形式的大型變壓器的短路損壞風(fēng)險(xiǎn)概率進(jìn)行評(píng)價(jià)，該方法將影響變壓器短路損壞的可能性因素已全部考慮在內(nèi)，所以其能適用于多種不同電壓等級(jí)變壓器的短路損壞概率評(píng)估；

(4)本發(fā)明可靠性高、成本低，可以用普通計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，降低了硬件投入成本；減少了工作人員的參與，提高了工作效率及減少人員參與帶來(lái)的工作誤差，提高了可靠性。

具體實(shí)施方式

下面以某一案例中的一臺(tái)主變壓器短路損壞評(píng)價(jià)為例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

衡水2號(hào)主變壓器2001年出產(chǎn)，變壓器容量為180MVA，額定電壓為220/110/38.5kV。

根據(jù)日本變壓器委員會(huì)推薦算法校核變壓器短路耐受能力Z，按照本發(fā)明的方法得到各因素狀態(tài)量的得分。

因素A：根據(jù)日本變壓器委員會(huì)算法得到變壓器短路耐受能力Z＝1.13，為第一檔，A1得分20。

因素B：經(jīng)統(tǒng)計(jì)其已經(jīng)遭受過(guò)一次超過(guò)70％短路電流沖擊，B1得分30；短路阻抗、繞組電容量及頻響試驗(yàn)均顯示不滿(mǎn)足要求，B2、B3、B4得分均為0；油色譜分析不合格，B5得分0。

因素C：變壓器低壓側(cè)一條出線，C1得分10；未安裝限流電抗器，C2得分0；已經(jīng)絕緣化，但仍然存在薄弱點(diǎn)，C3得分20。

然后，由式(7)計(jì)算變壓器短路損壞風(fēng)險(xiǎn)概率F：

F＝A1×0.6+(B1+B2+B3+B4+B5)×0.2+(C1+C2+C3)×0.2

＝20×0.6+30×0.2+(10+20)×0.2

＝12+6+6

＝24

從判斷原則來(lái)看，將變壓器短路損壞概率F低于35，屬于第五級(jí)別，即變壓器短路損壞風(fēng)險(xiǎn)極高。最終結(jié)果表明：變壓器已經(jīng)短路后即發(fā)生了損壞。