典型负荷对电力变压器影响分析

Power Technology 典型负荷对电力变压器影响分析 周 茂1 黄 昊1 王 谦2 李永福2 1.国网重庆市电力公司，重庆 400015 2.国网重庆市电力公司电力科学研究院，重庆 401123 摘要：大型电力变压器作为电力系统的核心，对工业生产、市民生活都有着举足轻重的作用，确保电力变压器正常运行，是电力系统中非常重要的环节。本文结合笔者多年实际工程经验，对不同的负荷对电力变压器的影响经行了分析。 关键词：电力变压器；典型负荷；应用 中图分类号：TM41 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2017）07-0252-02 1 引言 典型负荷主要分为三种，对于每一种负荷我国相应的国标规定： （1）非线性负荷：在国标GB/7260-3中定义负载阻抗参数（Z）不变的为线性负载，那么负载阻抗参数会变化的即为非线性负载； （2）不平衡负载：在我国新出版的GB/TI5543-2008国标中指出，在三相电力系统中，三相不平衡的程度可以选择用用电压、电流负序基波分量或零序基波分量与正序基波分量的方均根值百分比表示； （3）冲击性负荷：负荷容量较大（超过直接供电变压器容量的30％）,且有频繁投入、切出需求的用电设备。 上述三种负荷，是电力变压器中最常见的负荷。本文以这三种负荷为基础，通过Matlab进行仿真，对这三种负荷对电力变压器的影响进行了分析。 2典型负荷对于变压器影响的分析 2.1 非线性负荷 在实际应用中，常见的非线性负荷总的来说可以分为两大类： （1）所承载的负荷中含有交流变频装置的，例如城市交通中轨道的供电系统以及大部分电气化大功率电力机车、在城市配电网中的变频整流设备等； （2）设备负载中功率阻抗随时间非线性变化的负载，例如：大容量电弧炉以及高频电热炉、在电网设备中具有磁饱和特性的设备等。 这些非线性负载对电网的运行会产生副作用，集中体现在以下几点： （1）这些非线性负载的运行伴随着大量的谐波，这些高次谐波是导致设备过热、发出噪音污染，从而引起电力变压器电能损失的主要原因之一； （2）非线性负荷的长时间运转，会加速电力设备的损耗，降低电力设备的使用寿命； （3）产生机械振动和热损耗； （4）在电力设备运行的过程中，非线性负荷有可能会造成电压波动和电流波形的畸变，从而影响整个供电质量。 2.2 不平衡负荷 三相不平衡负荷在很多地方的低压配电网中都尤为明显，其主要原因在于： （1）在部分区域，当地为了节省成本，没有按照规定安装真正的三相电路，而是选择使用假设的单相两线线路来鱼目混珠，对接入的负荷也没有计算分配； （2）在低压配网中，往往没有配备相应的补偿装置，三相不平衡负荷造成接地点电流过大，或因三相负荷同幅不同性质导致测量值是基本平衡的，中性点却又出线几乎等同于相电流的中性点电流。 这些不平衡负载会对变压器产生如下危害： （1）这些不平衡负载会增大整个电网电力运输线路的损耗，降低变压器效益； （2）大量的热量会在运行过程中产生，威胁到变压器内部的绝缘材料，严重时可能会烧毁变压器； （3）瞬时的三相不平衡可能引起继电保护的错误动作，造成跳闸，从而引起经济损失； （4）对于一些对电能质量要求高的设备，三相不平衡负荷必然会产生负序和零序分量，减少电动机的出力同时使电动机的发热增加，严重威胁电动机的安全运行。 2.3 冲击性负荷 冲击性负荷区别于前两种负荷的点在于，其拥有迅速变化且启停频繁等特点。随着重工业，例如：炼钢厂的大型电弧炉、轧钢机的快速发展，冲击性负荷在电网中占的比例日益增加，并且越来越︱252︱2017年7期 难以治理。 冲击性负荷主要按照波动频率以及对电网的影响来分类，大致可以分为下面几类： （1）冲击性谐波负载，这类负载典型代表是逆变电焊机； （2）设备中含有启动频繁的电机； （3）电弧炉类负荷。 上述这些负荷，不仅仅具有冲击性负荷的特点，同时也具有前面几种负荷的特点，因此看待某一负荷的特定时， 要同时兼顾考虑多种负荷特性的影响。 3 仿真及实际分析典型负荷对变压器的影响 3.1 仿真分析 非线性负荷、三相不平衡负荷和冲击性负荷都会给电网造成谐波、负序电流以及零序电流等问题，通过Matlab中simulink的PSB工具箱，对于不同负荷对变压器的影响进行了仿真分析。 根据仿真结果可以分析得出，当非线性负荷比例的增加，三相电压电流的负序不平衡度将会越来越大，以及零序分量也将逐渐增加，在主变中性点处，会出现一个幅值很大的瞬时性直流，这个现象有可能会造成直流偏磁，使得高次谐波含量的增高，加大电力变压器的损耗，促使振动噪声的加剧，对于电力变压器的运行具有潜在的故障风险。 对于不平衡负载来说，变压器的三相电压负序不平衡度变化趋势与电流基本相同，区别在于稳定后单相不平衡造成的不平衡度要大于两相不平衡所造成的三相电压不平衡度。且幅值最大为7%左右。 而冲击性负荷具有大容量的有功或无功负载的频繁投入或者切出，这种功率的快速变化会同时引起电压与电流的快速波动的现象。我们可以根据这一特点，用Matlab模拟冲击性负荷在暂态下对主变压器的影响。在仿真后，从各项指标可以看出，当功率发生迅速切入切出变化时，在暂态过程中，三相电压的电流的波形会发生畸变，这使得中性点的电位会在不同程度上偏移，从而使得谐波含量急剧增加，在最严重的过程中，甚至会超过原来的两倍。除此之外，三相电压电流的负序分量增加，功率的一次侧的影响要小于二次侧，且对中性点电流较小，而对中性点电压的影响较大。 综上所述，三相不平衡负荷会引起谐波含量的剧增，在中性点处，出现幅值较大的直流电流；而冲击性负荷的参数变化主要在于功率突变点，它的谐波含量、三相不平衡度、负序电流分量都会极大增加，从而造成三相电压的波动和闪变；而非线性负荷同时具有这两种负荷的特点，引发三相电流不平衡，导致中性点产生直流，三相电流中的负序分量大大增加，导致三相不对称运行。 3.2 工程应用分析 在实际生活中，随着夏季的到来，用电需求的增加，电力变压器所需要承载的负荷也越来越多，越来越重。由于高温天气导致用电负荷突然增长，部分地区出现公用变压器突然超负荷运行，线路突发故障跳闸。多地方电网负荷创历史新高，供电负荷持续飙升，导致部分片区公用变压器超负荷运行，致使局部线路突发故障跳闸，针对这种情况，一般会选择正在对超负荷运行的变压器和故障设备进行更换，以保障整个电网的用电安全。 在生产、生活用电中，三相负载不平衡时，使变压器处于不对称运行状态。造成变压器的损耗增大(包括空载损耗和负载损耗)。根据变压器运行规程规定，在运行中的变压器中性线电流不得超过变压器低压侧额定电流的25%。此外，三相负载不平衡运行会造成变压器零序电流过大，局部金属件升温增高，甚至会导致变压器烧毁。 为了保障整个电网用电安全，以及为了给人们排除更多的安全隐患，应该想办法降低这些负荷为电力变压器所带来的影响。例如： （下转第 254 页） 电力科技 电力工程管理中的电子信息技术应用 周道明 国网四川省电力公司德阳供电公司，四川 德阳 618000 摘要：随着信息技术的发展和普及，渗入到生活的各个方面，给人们的生活带来的极大的便利，在电力工程项目的管理中，信息技术也被加以运用，在工程的管理中发挥了重要的作用，尤其是对数据的管理统计方面，不仅降低了人工劳动的工作量，还大大提升了计算的准确度。本文将从信息技术在电力工程中的应用意义出发，具体分析信息技术在电力工程的应用。 关键词：电力；工程管理；信息技术；应用 中图分类号：TM74 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2017）07-0253-01 前言： 将信息技术应用在电力工程的管理中，能够快速地收集信息，根据需求对信息进行加工和筛选处理，也能通过对信息的挖掘，为管理者在作出企业的发展决策时，为管理的决策者提供可靠的依据和指导，大大提升工程的管理的效率。从当前的发展状况来看，电力工程的管理中，对于信息技术的利用水平，还有待提高，从而加强企业工程的信息化管理。 1 信息技术的应用意义 信息技术作为一种全新的技术，对于电力企业现代化的发展，起着十分重要的推动作用。电力企业中，对于工程的管理，包含着较为繁琐的工序，利用信息技术，可以更快捷地对数据和信息，进行收集、整理以及加工和存储等，同时，方便使用者进行查询和搜索。同时，还能实时地监管工程建设的项目，对于其中影响到施工进度的因素，不管是人为的，还是自然的都能及时的加以监管，对于工程建设的质量，以及工程的造价等各方面，都能进行建立其相应的管理模式，实现对工程的高效管理。其次，工程管理中运用信息技术，通过对信息进行分析和处理，对管理者的决策提供重要的依据，为管理者做出更为客观、科学的决策创造条件。再次，信息技术的因公，不仅能更好地收集和处理信息，还能将信息加以永久的保存，为使用者提供方便，可以快捷地搜索和拷贝。同时，将信息技术应用其中，还能建立起相应的共享平台，使得各个部门都能随时随地地查询自己所需要的信息，节省了部门间的沟通成本，节省了时间。 2 电力工程管理中信息技术应用的现状 从当前的发展情况看，电力企业的发展势头旺盛，对于工程的投资也在不断地增加，对于满足人们持续增长的需求，有着极大的作用，信息技术在工程管理中的发挥了不可磨灭的作用，但是应用水平还有待提升，主要体现在这几方面。 2.1 普及程度不足 从当前的企业发展中，在企业的管理中，计算机技术有一定的涉猎，但是很多管理系统，只是用于对信息的搜索和存储，以及打印一些报表等较为简单的工作。信息技术并没有得到更大程度的普及和推广，总体看来，信息化管理水品还不高。尽管在提升工作效率的方面，计算机技术的应用，收到了一定的成效，但是这种低水平的信息化，并没能给工程的管理提供切实的效益。在这方面，发达国家在一些信息化的管理经验值得学习和借鉴。比如，日本在工程管理中，项目的全生命周期进行信息化的管理，通过数据库的建立，实现数据的共享和利用。而国内的香港地区曾将用信息化技术实现对工程现场的实时管理方式，用“绿卡认证”的方式，对员工进行管理，使得工程的管理水平得以提高，这些都是可以借鉴和学习的。 2.2 软件系统和企业的发展程度不相适应 在高速信息化的带动下，很多企业尝到了新技术带来的益处，没有结合自身的发展情况，试图通过一次性的转入，就进入企业的全面信息化，对信息管理软件盲目地信赖和依靠，急于求成，这种管理方式，反而会适得其反，使得管理陷入混乱局面，对信息的有效性难以把握，更难以有效加工和处理，即使将先进技术应用其中，却并未能发挥出其应有的效果。 2.3 信息技术的应用面窄 在电力的工程管理中，信息技术更多地应用在工程的招投标以及工程的设计阶段，对于工程施工期间的质量、进度以及成本的控制等方面，较少地利用到电子技术，更多的还是用人工处理的方式，结合管理者的经验和能力，尽管也在现代化的管理理念的指导下，拟定了一些可行的方法，但是由于受到各种因素的限制，没有进行有效的监控，使得管理方式也没有科学的施行，信息技术的使用范围大大受限，难以为工程的管理更好地服务。 3 信息技术在工程管理中的应用 3.1 按需应用，提高应用水平 对于企业的管理，要认识到信息化管理的优势，切不可盲目。要结合企业自身的发展情况，把握信息化技术带来的发展机遇，制定出符合实际的发展策略，将人员、软硬件以及管理等方面，进行有步骤、持续地改进。通过开发信息的软件，对施工中的质量、进度以及成本加以全面的控制。质量把控环节对于工程管理而言，是直观重要的部分，它包括的内容多，且具有较强的综合性，采用相应的软件来辅助管理，会节省很多时间，提高管理效率。在工程建设中，管理软件应用，来监测工程的施工进度，能够把握工程的关键环节以及机动时间，还能够了解施工现场的复杂情况更好地配置人财物资源。 3.2 建立网络平台 电力工程的建设项目越来越多，与各个类型企业的合作也越来越多，常会涉及到很多的人员、部门等，包含海量的信息，比如图纸、合同、报告以及订单等，如果继续采用传统的纸质材料，就会需要更多的纸张，提高生产的成本，且效率较低，保存起来也较麻烦。计算机技术的优势在这里就凸显出来。因此，企业可以给予信息共享平台，还要具备网上办公系统，采用一些容量较大的数据系统，比如百度云，来传递信息，减少传递信息中的失误，提高工作的效率，同时各个部门也能在基于信息共享平台，更好地协同工作。 同时，可以建立起网络上的虚拟组织，为信息资源的共享创建更为安全和便利的环境，这样，管理者以及工程人员可以更为便利地进行会议式的交流，交换资料，对工程的施工及管理问题进行商议。 4 结束语 电力工程本身所具有的复杂性，使得工程的具有极其丰富的信息化内涵。信息技术发展速度快，并且具有极强的渗透性，因此，实现工程管理的信息化，能够极大地减少工作人员的工作量，那些具有机械性、繁琐性的工作，通过计算机技术，能快速地将其简化，提升工程建设的效率。信息化共享平台的建立，能够加强各个部门的协作性，信息的直接调用，能够降低工程的错误率，使得各个环节工程建设能够保持高度的一致。总之，信息技术在电力工程管理中的应用，能够保证有效地提升工程建设的质量和进度，并有效的对工程的投资成本进行控制。在电力工程的管理中，信息技术的优势显而易见。 参考文献： [1]张彦广.电力工程管理中的电子信息技术应用分析[J].科技风, 2017 (3):151-151. 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