煤矿供电变压器的改造

2020-04-12白玉静

机械管理开发 2020年12期

白玉静

（山西潞安配售电有限公司，山西襄垣046204）

引言

煤矿供电系统为综采工作面的生产动力，供电系统的稳定性和可靠性是煤炭高效开采、运输的基础。变压器作为煤矿供电系统的重要设备，其具有结构复杂、价格昂贵以及维修周期长等特点。当变压器发生故障时，需要很长时间才能修复，从而影响了工作面的生产进度。随着变压器的等级和容量越来越高，其能耗也越来越大，故节能型变压器的研发和应用也越发重要[1]。因此，本文着重对煤矿变压器可靠性低以及能耗大的问题进行改造，旨在提升其可靠性、降低其能耗。

1 变压器差动保护系统的现状及改造措施

1.1 变压器差动保护系统的现状分析

1.1.1 励磁涌流导致变压器误动作

励磁涌流为变压器的一项关键技术指标。一般情况下，变压器励磁涌流值仅为其额定工作电流的5%左右。在实际应用中，对现场故障排除操作中需切除电源。当变压器恢复电压时，由于在恢复电压的同时变压器对应磁通急剧增加，从而导致变压器的励磁涌流最大增大为变压器额定电流的8倍，励磁涌流的瞬间增大导致变压器差动保护系统出现误动作[2]。

此外，对于并联线路中的变压器，其中一路的励磁涌流出现浪涌情况时，其他路也会出现浪涌情况，从而导致其他路变压器差动保护系统出现误动作。

1.1.2 电流互感器型号不匹配导致误动作

实践表明，当为变压器所配置的电流互感器不是专用的，而且，当变压器所配置的一次互感器和二次互感器的型号不一致时常会导致误动作事故的发生[3]。

除上述详细列出的两项主要原因外，导致变压器差动保护系统误动作的原因还包括有：电流互感器二次侧断线、差动保护系统的保护精度不足、接线存在不合理情况等。

1.2 变压器差动保护误动作的改造措施

经对导致变压器差动保护误动作原因进行综合，对应的可采取如下措施对变压器进行改造，具体总结如下：可采取有效减小变压器励磁涌流的措施；采取有效减小变压器二次谐波的措施；保证变压器线路接线的准确性；保证变压器变比选择的合理性。本文所研究的变压器的具体型号的相关参数如表1所示。

表1 变压器相关参数

就上述所分析的差动保护误动作的原因和可采取的方案综合考虑，本文最终选择变压器差动保护系统配置为SEA587微机保护装置，该微机保护装置可实现有制动特性的差动保护和无制动特性的差动速断保护，其所依据的原理为自动平衡调整原理，可实现对变压器的电流值进行平衡调整，具体原理如图1所示。

图1 SEA587差动保护原理图

1.3 变压器差动保护改造效果的验证

为验证基于SEA587微机保护装置对变压器差动保护的改造效果，设定变压器的差动保护的电流限值为1.45 A，将变压器差动保护系统的高压侧通入正常工作时的电压值，并将其对应的电流值依次增大，对变压器差动保护动作的情况进行观察。

通过试验可得，当变压器差动保护高压侧的电流值大于1.45 A时，差动保护系统必动作；而当变压器差动保护高压侧的电流值小于1.45 A时，差动保护系统从未动作过。

2 变压器的节能改造

经统计，综采工作面变压器的能耗占整个工作面能耗的10%。因此，降低变压器的能耗可节约很大的生产成本[4]。

2.1 变压器节能现状分析

自20世纪80年代以来，我国已经开展了关于节能型变压器的研究，经历从S7系列到S11系列的发展。经实践表明，当前的S11系列变压器与S7相比节能效果最高可达15%。目前，对节能型变压器的研究只能通过采用更多的原材料达到降低变压器损耗的目的，此种方式的局限性较大，无法从大面积上推广应用。因此，需从根本上对变压器进行改造以达到节能的目的。

2.2 变压器的节能改造方案

变压器在实际应用中的主要能耗包括有空载损耗和负载损耗。其中，变压器空载损耗又称为铁耗，主要指的是变压器铁心材料的损耗；负载损耗又称为铜耗，主要是变压器本身导线的损耗。实践表明，对于一个容量为250 kV/A的变压器而言，其空载损耗量为280 W，负荷损耗量为1 525 W。

通过对变压器损耗的分析，可通过引入智能设备对所用原材料进行改进、对变压器的接线方式进行改进、对变压器分接开关进行改进以及对变压器的相关部件结构进行改进等措施实现对变压器的节能改造。

本节以Tr系列的变压器为例对其节能改造方案及效果进行研究。Tr系列变压器所采用的绕组材料为铝材，铁芯材料为普导硅钢片。针对Tr系列变压器在实际运行过程中存在能耗高、负载效率低等问题，采用对选材进行改进的改造方案降低其能耗，具体改造措施如下：采用优质无氧铜替换原以铝材为主的绕组材料，采用优质冷轧晶粒取代原铁芯所采用的普导硅钢片[5]。对Tr系列变压器采用上述改造措施后，其改造前后的能耗对比如表2所示。