500 kV变压器箱沿超温原因分析和处理

2014-04-24韩国强

电力安全技术 2014年11期

关键词：涡流损耗连线油箱

韩国强

(阳城国际发电有限责任公司，山西晋城 048102)

500 kV变压器箱沿超温原因分析和处理

韩国强

(阳城国际发电有限责任公司，山西晋城 048102)

介绍了某电厂500 kV变压器箱沿超温的故障过程，分析其产生的原因及其可能造成的危害，并对处理变压器箱沿超温故障的几种方法进行了分析讨论，最后结合该电厂500 kV 4号主变箱沿超温的处理提出一些建议和注意事项。

变压器箱沿；超温；漏磁场；涡流损耗

0 引言

近年来，某电厂部分500 kV主变出现了箱沿局部温度较高的现象，主要发生在变压器高压侧箱沿处。有关技术人员通过分析变压器箱沿超温的原因，以及对处理方案的比较筛选和实际应用，有效地控制和解决了该电厂变压器箱沿超温问题。现结合该电厂500 kV 4号主变实践中采取的方法、程序和工艺，对变压器箱沿超温的原因及其处理方法进行分析和探讨。

1 故障过程

某电厂主变型号为TRUM 8657，由德国西门子公司生产，容量为435 MVA，额定电压为550×2±2．5 %/21 kV，安装数量为6台，于2000年投入运行。

2013-04-08，在红外测温中发现4号主变高压侧箱盖外沿有一处温度异常升高至99．7 ℃，后经多次测量，最高温度达162 ℃；发热点油漆已脱落，且以最高点为圆心，呈半圆状。同时发现其他几台主变也有几处发热点(均在高压侧)，温度多为80～90 ℃。

2 原因及危害分析

变压器是电力传输中最主要的设备之一，随着经济的发展，用电量的不断增加，变压器单台容量也在不断的提高。由于受运输条件以及地理环境的限制，变压器的体积不可能无限增加，导致电力变压器本身的电磁负荷密度很大，致使漏磁场明显增加。漏磁场的大小、分布规律决定了变压器绕组和金属构件的感抗、杂散损耗，很大程度上也决定着绕组和其他部件的温升。变压器的容量越大，强漏磁场引起的附加损耗的数值就越大，当某些部位发热量大于设计值时，就会出现过热超温现象。

2.1 变压器漏磁场产生的原因

当变压器绕组与电源接通后，绕组中就会有电流流过，并在铁芯中产生磁通。在铁芯中，由励磁电压产生的磁通叫主磁通，它通过铁芯并与一、二次绕组相交链，其大小取决于励磁电压的大小。当变压器中有负载电流流过时，除了通过铁芯的主磁通外，还有少量仅与1个绕组交链且主要通过空气或油闭合的漏磁通，它的大小取决于负载电流。变压器漏磁场分布如图1所示。

图1 变压器漏磁场分布

变压器的漏磁场能在绕组导线中感应出电势，此电势将产生涡流，它不仅会引起绕组的涡流损耗，还会在电力变压器的油箱壁、夹件、压板等金属结构件中形成涡流损耗。漏磁场强度分布极不均匀，最大处和最小处约相差7倍。

有关资料显示，漏磁场的强度每增加20 %，其杂散损耗将增加40 %。在大型电力变压器中，由于原副边绕组中的电流非常大，产生的漏磁场也非常强。漏磁场将在结构件中产生很大的损耗，这不但消耗了变压器的负载，而且杂散损耗分布极不均匀，常常发生在箱壁和其他金属结构件(如夹件、油箱、升高座、法兰以及箱沿等)的某些部位，进而造成相当大的局部过热。

2.2 变压器油箱电流的有限元分析

利用有限元分析软件分析大型变压器漏磁场及涡流分布是当前行之有效的方法之一。利用有限元分析软件Maxwell涡流场分析计算器计算了一台和该厂变压器结构相似的三绕组有载调压变压器漏磁场的分布，并计算了变压器油箱上的电流矢量分布，如图2和图3所示。(对于三相变压器，由于其结构的对称性，只需要建立1/4模型，即可对其进行有效的分析)。

图2 1/4油箱盖电流矢量分布

图3 1/4油箱壁电流矢量分布

变压器油箱上的电流是由绕组漏磁场感应而产生的电流。从图3油箱壁的电流矢量分布中可以看出，在相间位置处的电流方向是垂直箱沿的。在实际产品中，螺栓连接处的接触电阻较小，从而形成电流通路，电流在变压器相间位置寻找接触较好的螺栓流过，因此造成箱沿或箱沿螺栓过热。

2.3 发热点在高压侧的原因

由于变压器低压侧电流大，产生的漏磁也相对较强，为了防止由于漏磁产生的局部过热，在该电厂变压器低压侧上下箱沿集中装设了6片短接铜排，而在高压侧则未装设，这是造成该厂主变箱沿发热点均在高压侧的原因。

2.4 变压器箱沿超温的危害

(1) 变压器箱沿超温主要是由变压器漏磁引起的，漏磁场在变压器金属构件中将产生涡流，进而引起涡流损耗和杂散损耗。

(2) 变压器运行中涡流损耗和杂散损耗都表现为热能，导致变压器某些部位温度升高。当超过变压器温升极限时，造成变压器局部过热，使变压器中油的温度过高而分解出大量的气体，进而使油中气体含量超标，造成油质劣化，影响绝缘性能。

(3) 变压器箱沿超温会导致变压器上下箱沿之间的密封橡胶垫老化，从而造成变压器渗油。该电厂3号主变高压侧箱沿停机时渗油就和变压器箱沿超温有关。

由此可见，变压器箱沿超温将危及变压器的安全运行，必须引起足够的重视，以尽早发现问题并及时解决。

3 处理方法

变压器箱沿超温的根本原因为变压器漏磁场强度过大或者漏磁场分布不合理。因此，处理箱沿超温采取的措施主要是降低通过变压器的漏磁场强度或改变漏磁场的分布状态，降低超温点的漏磁场强度和涡流电流。处理变压器箱沿超温故障的方法有以下几种。

(1) 采用磁屏蔽。在变压器油箱内壁加装屏蔽，减小漏磁场强度。

(2) 采用电屏蔽。在大电流引线附近的油箱内加装电屏蔽，让电屏蔽装置产生的涡电流使漏磁场重新分布。

(3) 改变箱沿超温点的电流分布。使用高电导率的铜铝材料连接上下箱沿，对变压器漏磁场产生的电流进行疏导，使得大部分电流流过高电导率材料，进而降低感应电流的电阻损耗。

(4) 改变箱沿超温点的磁场分布。以硅钢片填充上下箱沿的空隙，或者将箱沿超温点附近的螺栓更换为低磁钢或反磁钢螺栓，以降低超温点的磁通密度。

(5) 隔断箱沿超温点的电路和磁路。在箱沿超温点处的箱盖与绝缘垫衬条间插入薄的绝缘胶木片，隔断其电路和磁路。

方法(1)和(2)只有在变压器制造或返厂大修时才能进行，且需要经过精密的计算和比较，不适合在现场或运行中进行。方法(5)由于变压器箱沿与绝缘垫衬条间没有间隙，无法插入绝缘胶木片，无法实施。因此，根据该厂实际条件，可采取的方法为(3)和(4)。

4 解决措施

在发现4号主变箱沿超温问题后，尝试性地在箱盖上下沿间夹了部分硅钢片，发现温度下降，至120～130 ℃，但仍超出变压器的最高温升。经过和有关技术人员的交流沟通，决定在超温发热点周围使用高电导率的铜线连接上下箱沿，对变压器漏磁场产生的电流进行疏导，使得大部分电流流过铜连接线，以降低感应电流的电阻损耗。

细胞凋亡检测：用含有不同浓度雷公藤内脂醇的培养液培养PC3细胞24 h后收集细胞，分别收集2×106 个细胞，用PBS洗涤3次后将细胞充分混匀，再用75%的乙醇固定，4 ℃静置一夜。用PBS洗去乙醇后加入5 μl Annexin.V液和5 μl PI液，混匀，4 ℃避光染色，15 min后立即应用流式细胞仪检测。

现场打开变压器箱沿发热点旁边的2只螺栓，用砂纸和挫刀将油漆清理干净后，安装2根长120 mm的短连线。恢复运行后测量发热点温度，约为85 ℃，温度约下降40 ℃。用钳形电流表测量2根短连线电流，分别为550 A和450 A；短接短连线温度也约为85 ℃，长时间运行可能将短连线烧坏。于是加工了4根40 mm×4 mm的铜排短连线，替换了原来的2根120 mm短连线之后，再在其两侧各加装1根铜排短连线，接好后4根铜排短连线的电流分别为275 A，268 A，366 A，294 A，最高温度为62．7 ℃。后经过一段时间的观察，温度基本保持在60～70 ℃，4号主变箱沿超温问题得到了解决。