500?kV變壓器箱沿超溫原因分析和處理

韓國強(qiáng)

(陽城國際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 晉城 048102)

500?kV變壓器箱沿超溫原因分析和處理

韓國強(qiáng)

(陽城國際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西 晉城 048102)

介紹了某電廠500 kV變壓器箱沿超溫的故障過程，分析其產(chǎn)生的原因及其可能造成的危害，并對處理變壓器箱沿超溫故障的幾種方法進(jìn)行了分析討論，最后結(jié)合該電廠500 kV 4號主變箱沿超溫的處理提出一些建議和注意事項(xiàng)。

變壓器箱沿；超溫；漏磁場；渦流損耗

0 引言

近年來，某電廠部分500 kV主變出現(xiàn)了箱沿局部溫度較高的現(xiàn)象，主要發(fā)生在變壓器高壓側(cè)箱沿處。有關(guān)技術(shù)人員通過分析變壓器箱沿超溫的原因，以及對處理方案的比較篩選和實(shí)際應(yīng)用，有效地控制和解決了該電廠變壓器箱沿超溫問題?，F(xiàn)結(jié)合該電廠500 kV 4號主變實(shí)踐中采取的方法、程序和工藝，對變壓器箱沿超溫的原因及其處理方法進(jìn)行分析和探討。

1 故障過程

某電廠主變型號為TRUM 8657，由德國西門子公司生產(chǎn)，容量為435 MVA，額定電壓為550×2±2．5 %/21 kV，安裝數(shù)量為6臺，于2000年投入運(yùn)行。

2013-04-08，在紅外測溫中發(fā)現(xiàn)4號主變高壓側(cè)箱蓋外沿有一處溫度異常升高至99．7 ℃，后經(jīng)多次測量，最高溫度達(dá)162 ℃；發(fā)熱點(diǎn)油漆已脫落，且以最高點(diǎn)為圓心，呈半圓狀。同時(shí)發(fā)現(xiàn)其他幾臺主變也有幾處發(fā)熱點(diǎn)(均在高壓側(cè))，溫度多為80～90 ℃。

2 原因及危害分析

變壓器是電力傳輸中最主要的設(shè)備之一，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，用電量的不斷增加，變壓器單臺容量也在不斷的提高。由于受運(yùn)輸條件以及地理環(huán)境的限制，變壓器的體積不可能無限增加，導(dǎo)致電力變壓器本身的電磁負(fù)荷密度很大，致使漏磁場明顯增加。漏磁場的大小、分布規(guī)律決定了變壓器繞組和金屬構(gòu)件的感抗、雜散損耗，很大程度上也決定著繞組和其他部件的溫升。變壓器的容量越大，強(qiáng)漏磁場引起的附加損耗的數(shù)值就越大，當(dāng)某些部位發(fā)熱量大于設(shè)計(jì)值時(shí)，就會出現(xiàn)過熱超溫現(xiàn)象。

2.1 變壓器漏磁場產(chǎn)生的原因

當(dāng)變壓器繞組與電源接通后，繞組中就會有電流流過，并在鐵芯中產(chǎn)生磁通。在鐵芯中，由勵(lì)磁電壓產(chǎn)生的磁通叫主磁通，它通過鐵芯并與一、二次繞組相交鏈，其大小取決于勵(lì)磁電壓的大小。當(dāng)變壓器中有負(fù)載電流流過時(shí)，除了通過鐵芯的主磁通外，還有少量僅與1個(gè)繞組交鏈且主要通過空氣或油閉合的漏磁通，它的大小取決于負(fù)載電流。變壓器漏磁場分布如圖1所示。

圖1 變壓器漏磁場分布

變壓器的漏磁場能在繞組導(dǎo)線中感應(yīng)出電勢，此電勢將產(chǎn)生渦流，它不僅會引起繞組的渦流損耗，還會在電力變壓器的油箱壁、夾件、壓板等金屬結(jié)構(gòu)件中形成渦流損耗。漏磁場強(qiáng)度分布極不均勻，最大處和最小處約相差7倍。

有關(guān)資料顯示，漏磁場的強(qiáng)度每增加20 %，其雜散損耗將增加40 %。在大型電力變壓器中，由于原副邊繞組中的電流非常大，產(chǎn)生的漏磁場也非常強(qiáng)。漏磁場將在結(jié)構(gòu)件中產(chǎn)生很大的損耗，這不但消耗了變壓器的負(fù)載，而且雜散損耗分布極不均勻，常常發(fā)生在箱壁和其他金屬結(jié)構(gòu)件(如夾件、油箱、升高座、法蘭以及箱沿等)的某些部位，進(jìn)而造成相當(dāng)大的局部過熱。

2.2 變壓器油箱電流的有限元分析

利用有限元分析軟件分析大型變壓器漏磁場及渦流分布是當(dāng)前行之有效的方法之一。利用有限元分析軟件Maxwell渦流場分析計(jì)算器計(jì)算了一臺和該廠變壓器結(jié)構(gòu)相似的三繞組有載調(diào)壓變壓器漏磁場的分布，并計(jì)算了變壓器油箱上的電流矢量分布，如圖2和圖3所示。(對于三相變壓器，由于其結(jié)構(gòu)的對稱性，只需要建立1/4模型，即可對其進(jìn)行有效的分析)。

圖2 1/4油箱蓋電流矢量分布

圖3 1/4油箱壁電流矢量分布

變壓器油箱上的電流是由繞組漏磁場感應(yīng)而產(chǎn)生的電流。從圖3油箱壁的電流矢量分布中可以看出，在相間位置處的電流方向是垂直箱沿的。在實(shí)際產(chǎn)品中，螺栓連接處的接觸電阻較小，從而形成電流通路，電流在變壓器相間位置尋找接觸較好的螺栓流過，因此造成箱沿或箱沿螺栓過熱。

2.3 發(fā)熱點(diǎn)在高壓側(cè)的原因

由于變壓器低壓側(cè)電流大，產(chǎn)生的漏磁也相對較強(qiáng)，為了防止由于漏磁產(chǎn)生的局部過熱，在該電廠變壓器低壓側(cè)上下箱沿集中裝設(shè)了6片短接銅排，而在高壓側(cè)則未裝設(shè)，這是造成該廠主變箱沿發(fā)熱點(diǎn)均在高壓側(cè)的原因。

2.4 變壓器箱沿超溫的危害

(1) 變壓器箱沿超溫主要是由變壓器漏磁引起的，漏磁場在變壓器金屬構(gòu)件中將產(chǎn)生渦流，進(jìn)而引起渦流損耗和雜散損耗。

(2) 變壓器運(yùn)行中渦流損耗和雜散損耗都表現(xiàn)為熱能，導(dǎo)致變壓器某些部位溫度升高。當(dāng)超過變壓器溫升極限時(shí)，造成變壓器局部過熱，使變壓器中油的溫度過高而分解出大量的氣體，進(jìn)而使油中氣體含量超標(biāo)，造成油質(zhì)劣化，影響絕緣性能。

(3) 變壓器箱沿超溫會導(dǎo)致變壓器上下箱沿之間的密封橡膠墊老化，從而造成變壓器滲油。該電廠3號主變高壓側(cè)箱沿停機(jī)時(shí)滲油就和變壓器箱沿超溫有關(guān)。

由此可見，變壓器箱沿超溫將危及變壓器的安全運(yùn)行，必須引起足夠的重視，以盡早發(fā)現(xiàn)問題并及時(shí)解決。

3 處理方法

變壓器箱沿超溫的根本原因?yàn)樽儔浩髀┐艌鰪?qiáng)度過大或者漏磁場分布不合理。因此，處理箱沿超溫采取的措施主要是降低通過變壓器的漏磁場強(qiáng)度或改變漏磁場的分布狀態(tài)，降低超溫點(diǎn)的漏磁場強(qiáng)度和渦流電流。處理變壓器箱沿超溫故障的方法有以下幾種。

(1) 采用磁屏蔽。在變壓器油箱內(nèi)壁加裝屏蔽，減小漏磁場強(qiáng)度。

(2) 采用電屏蔽。在大電流引線附近的油箱內(nèi)加裝電屏蔽，讓電屏蔽裝置產(chǎn)生的渦電流使漏磁場重新分布。

(3) 改變箱沿超溫點(diǎn)的電流分布。使用高電導(dǎo)率的銅鋁材料連接上下箱沿，對變壓器漏磁場產(chǎn)生的電流進(jìn)行疏導(dǎo)，使得大部分電流流過高電導(dǎo)率材料，進(jìn)而降低感應(yīng)電流的電阻損耗。

(4) 改變箱沿超溫點(diǎn)的磁場分布。以硅鋼片填充上下箱沿的空隙，或者將箱沿超溫點(diǎn)附近的螺栓更換為低磁鋼或反磁鋼螺栓，以降低超溫點(diǎn)的磁通密度。

(5) 隔斷箱沿超溫點(diǎn)的電路和磁路。在箱沿超溫點(diǎn)處的箱蓋與絕緣墊襯條間插入薄的絕緣膠木片，隔斷其電路和磁路。

方法(1)和(2)只有在變壓器制造或返廠大修時(shí)才能進(jìn)行，且需要經(jīng)過精密的計(jì)算和比較，不適合在現(xiàn)場或運(yùn)行中進(jìn)行。方法(5)由于變壓器箱沿與絕緣墊襯條間沒有間隙，無法插入絕緣膠木片，無法實(shí)施。因此，根據(jù)該廠實(shí)際條件，可采取的方法為(3)和(4)。

4 解決措施

在發(fā)現(xiàn)4號主變箱沿超溫問題后，嘗試性地在箱蓋上下沿間夾了部分硅鋼片，發(fā)現(xiàn)溫度下降，至120～130 ℃，但仍超出變壓器的最高溫升。經(jīng)過和有關(guān)技術(shù)人員的交流溝通，決定在超溫發(fā)熱點(diǎn)周圍使用高電導(dǎo)率的銅線連接上下箱沿，對變壓器漏磁場產(chǎn)生的電流進(jìn)行疏導(dǎo)，使得大部分電流流過銅連接線，以降低感應(yīng)電流的電阻損耗。

細(xì)胞凋亡檢測：用含有不同濃度雷公藤內(nèi)脂醇的培養(yǎng)液培養(yǎng)PC3細(xì)胞24 h后收集細(xì)胞，分別收集2×106 個(gè)細(xì)胞，用PBS洗滌3次后將細(xì)胞充分混勻，再用75%的乙醇固定，4 ℃靜置一夜。用PBS洗去乙醇后加入5 μl Annexin.V液和5 μl PI液，混勻，4 ℃避光染色，15 min后立即應(yīng)用流式細(xì)胞儀檢測。

現(xiàn)場打開變壓器箱沿發(fā)熱點(diǎn)旁邊的2只螺栓，用砂紙和挫刀將油漆清理干凈后，安裝2根長120 mm的短連線?；謴?fù)運(yùn)行后測量發(fā)熱點(diǎn)溫度，約為85 ℃，溫度約下降40 ℃。用鉗形電流表測量2根短連線電流，分別為550 A和450 A；短接短連線溫度也約為85 ℃，長時(shí)間運(yùn)行可能將短連線燒壞。于是加工了4根40 mm×4 mm的銅排短連線，替換了原來的2根120 mm短連線之后，再在其兩側(cè)各加裝1根銅排短連線，接好后4根銅排短連線的電流分別為275 A，268 A，366 A，294 A，最高溫度為62．7 ℃。后經(jīng)過一段時(shí)間的觀察，溫度基本保持在60～70 ℃，4號主變箱沿超溫問題得到了解決。

5 結(jié)束語

根據(jù)上述變壓器箱沿超溫問題的分析及處理，可以得出以下結(jié)論，并提出一些建議和注意事項(xiàng)。

(1) 引起變壓器箱沿超溫的主要原因是漏磁的存在及其分布的不均勻性。

(2) 在變壓器超溫點(diǎn)附近加裝銅排短連線是解決此問題的有效方法之一，具有操作簡單、方便的優(yōu)點(diǎn)。

(3) 對變壓器進(jìn)行紅外測溫巡檢是發(fā)現(xiàn)變壓器超溫故障的有效途徑。

(4) 如果發(fā)生類似變壓器箱沿超溫的故障，建議對變壓器油進(jìn)行色譜跟蹤分析。

(5) 由于變壓器箱沿超溫點(diǎn)漏磁集中，短接電流大，要保證短連線的截面足夠大(可以加裝多根)，且短連線與箱壁連接的接觸面積要足夠大，并清除接觸面的油漆等雜物，保證連接良好，防止短連線及其與油箱接觸面過熱。

1 徐海寧．電力變壓器漏磁場及其箱體渦流損耗的分析[D]．黑龍江：哈爾濱理工大學(xué)，2011．

2 高 丹，衣麗葵，黨艷陽，等．變壓器箱沿過熱問題的研究[J]．變壓器，2011(8)．

3 徐 勇，周臘吾，朱英浩，等．變壓器漏磁場的分析[J]．變壓器，2003(9)．

2014-06-18。

韓國強(qiáng)(1977-)，男，工程師，主要從事發(fā)電廠變電檢修工作，email：52553035@qq．com。