【導讀】器的總安裝容量為發(fā)電機安裝容量的6~8倍。近年來，隨著能源的日趨緊張，對于變壓器這一重要用電設備進行節(jié)能設計越來越受到人們的重視。要從三相變壓器的損耗與優(yōu)化角度考慮。在具體優(yōu)化過程中，往往需要專業(yè)人才反復調整和計算的過程。各種因素，提出減小空載損耗的措施。損耗的具體措施。可以有效的提高變壓器的可靠性和經濟性，使其更好的在電。力系統(tǒng)中發(fā)揮功用。試完成三相電力變壓器電磁優(yōu)化設計程序，應用于多臺電力變壓器優(yōu)化設計，具有很大的實用價值。資前景評估報告》主要研究行業(yè)市場經濟特性，和計算方法的限制，產品的可靠性問題未能很好的解決。隨著電力工業(yè)向著“高電壓、大電網”的方。損耗，防止局部過熱問題的研究。從變壓器專業(yè)軟件來看，在電場、磁場、動態(tài)短路電動力等方。箱壁、夾件、拉板、升高座及繞組的渦流損耗。漏磁場合附加損耗是有效的。器性能數據進行合理約化，建立優(yōu)化設計模型。優(yōu)缺點，選擇全局優(yōu)化方法，用于變壓器的電磁優(yōu)化設計。

　　

【正文】 瓦斯保護信號動作，即指因各種原因造成繼電器內上開口杯的信號回路接點閉合， 光字牌燈亮。 瓦斯保護與檢驗 瓦斯保護安裝的檢驗 瓦斯保護是電力變壓器內部故障檢測的主要保護，其安裝和瓦斯繼電器質量的好壞，決定 著瓦斯保護的運行效果。因此，必須認真進行檢驗。 （ 1）玻璃窗、放氣閥、探針處和引出線端子等應完整不滲油。拆、接引線時，防止引線端子跟隨一起轉動。 （ 2）浮筒無裂紋及凹凸處、玻璃窗應完整清晰明亮無裂紋線； （ 3）水銀接點的水銀面應清潔光亮，搖動分、合時水銀流動靈活，不應掛在玻璃壁和電極上，電極和極尖應光亮呈銀白色。 （ 4）水銀接點柱焊接牢固，根部套軟塑料管加固；接點引線長短應合適，能任意彎曲，無斷股現象；瓷珠應完整光滑無毛刺。 （ 5）水銀接點應固定牢固。接點距離正常時，有一極浸入水銀中的長度應不小于 4mm。其它類型繼電器的接點正常時，兩極應斷開。接點引錢的極性，為經常浸入水銀中的接點接正極。若未經常浸入水銀中接點接正極時，由于水銀蒸氣是導體的原故，長期運行，接點可能損壞，甚至可能使瓦期保護動作。 (6）可動部分應靈活，動作可靠，返回無卡住現象。 （ 7）浮筒型瓦斯繼電器水銀接點的位置應調整在當浮簡浮起時，接點之 21 間的距離不小于 4mm。當浮筒下沉使水銀接點恰好接觸閉合時，浮筒尚能繼續(xù)向下沉方向偏轉約 50176。，以保證接點閉合可靠。 圖 32 變壓器瓦斯保護檢驗 裝置 瓦斯保護動作原因 變壓器的輕瓦斯保護動作，一般作用于信號，以表示變壓器運行異常，其原因主要是在變壓器的加油、濾油、換油或換硅膠過程中有空氣進入油箱。由于溫度下降或漏油，油面降低。油箱的輕微故障，產生少量氣體。輕瓦斯回路發(fā)生接地、絕緣損壞等故障處理的原則是停止音響信號。檢查變壓器的溫度、音響、油面及電壓、電流指示情況。通過第一項檢查，如未發(fā)現異常，應收集繼電器頂部氣體進行故障判別。如果收集的氣體為空氣，值班人員將繼電器內的氣體排出，變壓器可繼續(xù)運行；如果為可燃氣體，且動作頻繁，則應先匯 報領導，按命令處理。如果無氣體，變壓器也無異常，則可能是二次回路存在故障，值班人員應將重瓦斯由掉閘改投信號，并將情況報告有關負責人，待命處理。 變壓器瓦斯保護誤動作防范措施 瓦斯檢修維護 （ 1）強油循環(huán)變壓器應對稱投入相應臺數的冷卻器，冷卻器工作、輔助、備用的設定應符合廠家規(guī)定；按負荷或油溫啟 /停冷卻器時，應保證所選冷卻器對稱運行；當冷卻裝置電源全部失去后，恢復電源時應逐臺對稱間歇，投入相應臺數的冷卻器，變壓器運行中嚴禁分段啟 /停冷卻器。 （ 2）片散式冷卻器啟 /停切換控制開關 應在自動位置，并對稱間歇分組啟動。 （ 3） 500kV 變壓器在任何運行方式下，禁止同時投入兩組及以上冷卻器；工作電源切換前，應保證只有 1 組冷卻器工作，其余冷卻器切換至停運位置， 22 電源切換后逐臺恢復至原運行方式。 瓦斯保護的反事措施 瓦斯保護動作，輕者發(fā)出保護動作信號，提醒維修人員馬上對變壓器進行處理；重者跳開變壓器開關，導致變壓器馬上停止運行，不能保證供電的可靠性，對此提出了瓦斯保護的反事故措施： （ 1）將瓦斯繼電器的下浮筒改為檔板式，觸點改為立式，以提高重瓦斯動作的可靠性。 （ 2）為防止瓦斯 繼電器因漏水而短路，應在其端子和電纜引線端子箱上采取防雨措施。 （ 3）瓦斯繼電器引出線應采用防油線。 （ 4）瓦斯繼電器的引出線和通往室內的二次電纜應經過接線箱。在箱內端子排的兩側，引線應接在下面，電纜應接在上面，以防電纜絕緣被油侵蝕；引線排列應使重瓦斯跳閘端子與正極隔開。 23 第四章 三相變壓器的優(yōu)化設計與分析 三分頻概述 三分頻是指頻率為 50/3Hz。三分頻升壓變壓器是分頻輸電系統(tǒng)中的主要設備之一，承擔著將水電或風電機組發(fā)出的低頻電力升壓以進行輸送的功能，其性能和造價是人們關心的主要問 題。三分頻變壓器的經濟性對整個分頻輸電系統(tǒng)的經濟性有著重要的影響，因此研究三分頻變壓器的設計及其優(yōu)化有著重要意義。 由于頻率較低，變壓器的結構設計將發(fā)生很大變化。直觀上說頻率的降低將會導致變壓器的鐵芯直徑增大，繞組匝數增多，從而使變壓器的體積增大，各種材料的消耗增多，因此整體來說三分頻變壓器將比普通變壓器體積龐大，效率降低，經濟性也有所變差。因此非常有必要對此變壓器進行設計并進行優(yōu)化，使其在滿足各種性能指標的情況下，僅可能降低造價，從而不影響分頻風電系統(tǒng)整體上的經濟性。 三分頻變壓器的特 性分析 三分頻變壓器的工作頻率為工頻變壓器的三分之一，根據變壓器的基本電磁場理論可得 式中： NS—— 變壓器額定容量 /VA； NU—— 變壓器的額定相電壓 /V； NI—— 變壓器的額定相電流 /A； m —— 鐵心磁通最大值 /Wb m —— 變壓器相數； D—— 鐵芯直徑 /m； f —— 變壓器的額定工作頻率 /Hz； mB — — 變壓器鐵芯磁通密度最大有效值 /T； fek —— 鐵芯截面利用系數； 設計三分頻變壓器的首要任務就是確定鐵芯磁通密度最大有效值，磁通密度直 24 接決定鐵芯的磁通量。由式 (2)可知，在變壓器額定電壓不變的情況下磁通量直接決定了變壓器線圈的匝數。因此必須首先對設計所用硅鋼片材料進行三分頻情況下的磁性能參數測試，從試驗結果確定適合三分頻變壓器工作的磁通密度。 變壓器的空載損耗與硅鋼片的單位質量損耗直接相關，硅鋼片的單位質量的損耗理論計算公 式為： 其中 dkkh , ? 為系數，可以通過實驗測定。由其可以看出隨著頻率的降低硅鋼片單位質量的損耗也降低，其中的渦流損耗部分與頻率的平方成正比，因此在三分頻情況下可以采用比較厚且價錢便宜的普通硅鋼片材料，以降低造價。 硅鋼片試驗分析 硅鋼片廠家一般會提供產品在工頻情況下的基本磁性能數據，但沒有提供三分頻情況下的材料數據。本文參照國家標準“用愛波斯坦方圈測量電工鋼片（帶）磁性能的方法”，對兩種不同厚度的硅鋼片進行了 三分頻情況下的磁性能測量實驗，下面就重點介紹其和工頻情況下的對比情況。 （ 1） BH 曲線 圖 41所示為 50Hz和 50/3Hz兩種不同頻率下的 BH 曲線對比。從圖中可以看出在三分頻情況下，磁通飽和程度較工頻時有所改善，即進入飽和區(qū)以后增加單位磁通密度所需的磁場強度有所減少 （ a） ； （ b） 圖 41 BH曲線對比圖 （ 2） 單位質量損耗 圖 42 所 示為兩種厚度硅鋼片單位質量損耗對比圖。從圖中可以看出，三分頻情況下單位質量的有功損耗會大幅度降低。隨著磁通密度的增大，單位質量損耗之比有增大的趨勢，甚至大于理論值。且隨著磁通密度的增加，增長速 25 度沒有急劇增大，增長趨勢一直非常平穩(wěn)，這也就意味著即使三分頻變壓器工作在較高磁通情況下鐵心也不會過熱，這對三分頻變壓器的設計也是有利的。 （ a） ； （ b） 圖 42 單位質量損耗對比圖 （ 3）磁通密度的選擇 三分頻變壓器鐵 芯磁通密度的選擇主要考慮：空載損耗、磁化曲線（ BH）、線圈溫升、鐵芯噪聲等方面的約束。其中磁化曲線主要決定變壓器空載電流的大小。若磁通密度取得過大，進入飽和區(qū)后將導致勵磁電流急劇增大。但是三分頻變壓器勵磁電流產生的勵磁容量主要都消耗在了鐵芯接縫氣隙處。前面的硅鋼片試驗并不能準確計算單位面積氣隙所消耗的勵磁容量，因此在三分頻變壓器設計中可能會出現空載電流比較大，但是損耗正常，鐵芯溫升，線圈溫升等都在正常范圍內的情況。為了驗證三分頻在高磁通密度情況下能否正常運行，結合硅鋼片實驗所得到的 BH曲線；采用 硅鋼片進行實驗室用三分頻變壓器優(yōu)化設計時，磁通密度取得較高，為 。在副邊設置了分接頭，可以采用分接頭降低磁通密度運行。 變壓器的設計相關的技術標準 交流電能的廣泛應用離不開變壓器，電能已深入到人類社會的每一個角落，變壓器的應用也無所不在。顯然，如果沒有統(tǒng)一的標準規(guī)定電壓等級、試驗電壓以及基本的技術要求等等，變壓器產品、各種電氣產品將難以廣泛生產、難以廣泛通用。 變壓器制造廠如果面對國內市場，就必須按照國家的相關標準來生產變壓 26 器，只有這樣，供需雙方才有共同的技術基準， 才有共同遵循的技術基礎；在經濟聯(lián)系日益全球化的今天，不少國家也在互相采購變壓器，因而提供給國際市場的變壓器也必須遵循大家共同遵守的、先進的、具有前瞻性的相關國際標準，或者遵循采購國家的相關標準，從而供需雙方才有共同的技術基礎。 耐高溫絕緣的液浸式變壓器。采用的固體絕緣材料有常規(guī)的紙絕緣或耐高溫的絕緣材料，充以硅油，由高等燃點的液體絕緣介質，分為混合型、半混合型、復合型等不同的組合方式，由于價格適中、環(huán)保性能好，有一定的發(fā)展空間、對 110kv 級變壓器，也不失為一種可供選用的產品。 國際電工委員會（ IEC）有關變壓器的一系列標準是工業(yè)化國家共同約定的基本準則，它涉及變壓器的設計、試驗、運行等等諸多方面的基本技術要求。按照國際電工委員會的相關標準生產變壓器，無疑是變壓器產品走向國際市場的基本要求。 通常，國家標準不應當比國際先進標準的要求低；工廠標準不應當比國家相關標準的要求低。我國的變壓器標準是率先采用國際先進標準的產品之一，它等效采用了國際電工委員會（ IEC）的相關標準，并結合我國的實際情況規(guī)定了一些新的要求，或者提出了更高的要求。凡國家標準與國際電工委員會（ IEC）標準不相同的地方，在國家標 準中都以注釋的形式進行了采用說明。 三分頻變壓器的設計原理 數學模型 （ 1）目標函數 在三分頻變壓器優(yōu)化設計中可以把原材料成本、十年變電成本、器身重量、器身高度等作為目標函數。本文設計三分頻的主要目的是降低三分頻變壓器的成本，因此把原材料中的有效材料成本（即銅和鐵）作為目標函數。其他諸如器身重量、冷卻裝置、變壓器油的用量等由于涉及到很多不規(guī)則的處理方法，不在優(yōu)化考慮之列。 式中： X —— 優(yōu)化變量（是一組向量）； )(XFcu —— 導線價格； 27 )(XFfe —— 硅鋼片價格； 應該強調的是目標函數 ()FX 對各優(yōu)化變量是非連續(xù)的，且無法表示成各變量的顯函數形式。 (2）約束條件 三分頻電力變壓器的性能參數和普通變壓器一樣也必須滿足某些限制，在設計變量之間也有相互制約的關系，并且對于某些量也有約束（如油箱尺寸和運輸重量）。三分頻電力變壓器優(yōu)化設計的約束條件一般可分為以下幾大類。 （ a）材料性能方面的約束 電流密度約束 maxJJ II ? (6) 磁通密度約束 maxBB? （ 7） （ b）性能方面的約束 短路阻抗 m axm in KkBk UUU ?? （ 8） 負載損耗 kBk PP? (9) 線圈溫升 GBG TT ? （ 10） 空載電流 BII 00? (11) （ c）工藝方面的約束 導線的寬厚比 4\2 ?? ab （ 12） 螺旋式線圈并聯(lián)根數 maxINPINP? （ 13） 單根導線截面積 minmin sss SSS ?? （ 14） 繞組之間的高度差 （ 15） （ 3）優(yōu)化變量 變壓器的設計變量選取方法是多種多樣的，如磁通密度 B，線圈 匝數 N，線圈的餅數 M以及每個線餅的匝數 W等都可以被選為設計變量。有些量不是相互獨立的變量，例如磁通密度 B和匝數 N互為函數關系；線餅數 M和每餅匝數 W 28 也可建立起函數關系；并且有些變量是離散的。很顯然，變量越多，設計方案的求解越困難。因此要盡可能減少設計變量，只選取那些具有代表意義的主要參數作為變量。 當采用循環(huán)遍數法進行設計時，選取連續(xù)變量對優(yōu)化的速度，精度都會產生不利的影響，故選擇優(yōu)化變量應優(yōu)先考慮離散變量。通過對電力變壓器的設計的內在規(guī)律研究可知，設計中涉及的連續(xù)變量均可被離散變量代替：如以線圈的匝 數代替磁密，以線規(guī)序號代替電流密度等?？偟膩碚f在選擇三分頻變壓器的優(yōu)化變量時應遵循以下兩