大型变压器屏蔽板的故障分析和结构改进

郝山义

摘 要：作为电力行业中的重要组成部分，变压器承担着电能转换的功能。严格控制大型变压器局部放电量，有助于电网的安全运行，具有十分重要的现实意义。大型自耦变压器中上下铁轭表面用金属薄膜纸经绝缘板覆盖，起到屏蔽效果。屏蔽板将铁芯的多级棱角进行屏蔽，使电场达到"均匀"之效果，有效降低变压器局部的放电量。本文重点介绍屏蔽板的故障实例分析和屏蔽板的结构改进，以期待对大型变压器的屏蔽板故障分析和结构改进有所裨益。

关键词：变压器;屏蔽板;故障分析;结构改进

0 引言

作为电力行业中的重要组成部分，变压器承担着电能转换的功能。严格控制大型变压器局部放电量，有助于电网的安全运行，具有十分重要的现实意义。在实际生产过程中，要对变压器的带电部分和接地体部分开展大量的“均匀电场”工作，以使得研究更加深入。大型自耦變压器中上下铁轭表面用金属薄膜纸经绝缘板覆盖，起到屏蔽效果。屏蔽板将铁芯的多级棱角进行屏蔽，使电场达到“均匀”之效果，有效降低变压器局部的放电量。[1]

从实际运行效果来看，加装屏蔽板的大型自耦变压器在运行过程中发生多次屏蔽板损坏的故障，不利于电网系统的安全运行。相关人员对屏蔽板损坏的大型自耦变压器进行解体，寻找造成屏蔽板损坏的原因。[2]拆解后，研究人员发现金属薄纸断裂及铜带焊接质量是造成屏蔽板损坏的主要原因。从某种程度来说，安装于上下铁轭接触处的屏蔽板处于一种“隐形”的状态，因为其在里面“看不到、摸不着”。电力系统平时的维护和巡检过程中，无法探知屏蔽板的真实状态。要想获得屏蔽板的真正状态，只有对变压器进行解体，这需要耗费大量的物力和人力。因此，提高屏蔽板的结构和制造工艺至关重要。本文重点介绍屏蔽板的故障实例分析和屏蔽板的结构改进，以期待对大型变压器的屏蔽板故障分析和结构改进有所裨益。

2大型变压器屏蔽板故障实例分析

[实例1]东北电网使用的1996年出厂，1997年投入运行的一台型号为ODFPSZ-250000/500变压器，于2005年9月份油的色谱检测中发现异常。色谱检测过程中发现数据异常，油有产气现象。经过局部放电定位，检查人员发现油箱低压侧的屏蔽板出现问题。屏蔽板中铜带和金属薄纸焊接过程中出现质量问题，造成此处发生严重的放电现象。厂家重新加工制作屏蔽板，用整条长金属薄纸替代连接铜带，同时焊接过程中采取切实可行措施保证焊接质量。维修之后，各个检测指标正常，一直正常使用至今。

[实例2]国家电网使用的1994年出厂，1995年投入运行的一台型号为ODFPS-250000/500变压器，于2005年5月份油的色谱检测中发现异常。局部放电实验过程中，发现1.0倍电压时，局部放电量达到8000pC。第一次试验过程中受到现场条件的制约，试验效果不尽理想。经过前期的充分准备，第二次实验时取得一定的结果。额定分压正常时，由1.0倍到1.7倍增上时，各个部位的放电量值（见表1）。由表1可知，中压侧的放电量增长值较高。

超声定位检测时，变压器的高、中压绕组直径的主孔道及低压侧附近，超声信号较为清晰。

受制于现场的实际条件，只能进行上述实验。于是，公司项目组决定，将变压器发回原生产厂家进行维护和检修。检修过程中，检修人员发现位于下铁轭屏蔽板的9-11条金属薄膜纸和铜带焊接处发生放电，因为上下绝缘块因放电被烧黑。

鉴于这次事故总结，引起金属薄膜复合纸断裂的原因较多，需要一一排查。公司根据实际使用情况，特别提高铁轭屏蔽板的折弯处理要求。在铁轭屏蔽板的制作过程中，铜带的焊接位置离折弯圆弧边缘的距离至≥40mm，垫块设置40*45°倒角后再加倒2-R10的圆角。经过处理之后，此变压器一直正常运行。

3 大型变压器屏蔽板的结构改进

以前的屏蔽板采用金属膜结构，制作过程中需要完成铜带焊接和修整金属膜等相关工序。[3]这些加工工序中，容易导致金属膜断裂，金属膜间出现气泡、金属膜出现分层等异常现象。这些异常现象，不利于电网的正常运行，使得运行维护工人操作困难。此外，变压器装配过程中，易造成电位悬浮，导致变压器局部放电超标，最终影响产品质量。

吸收同行业诸如西门子的先进制造技术，优化改进屏蔽板的结构形式。具体优化措施包括：[4]（1）半导电纸内额设置铜带，连接铜带和引线;（2）纸版和半导电纸之间铺上双面胶纸。依据需要屏蔽的范围来设定半导电纸的形状和大小。经实际测量，新型半导电纸的体积电阻率为5.0×104Ω？cm，表面电阻率均值为1.8×104Ω。巨大的电阻值，使得涡流附加损耗几乎不产生，进而不会使得变压器屏蔽板因短路产生过热现象。[5]

从实际运行效果来看，改进之后的半导电纸结构，接触性好、操作简便，提高了巡视人员的工作效率，也使得变压器的制造成本降低，提高变压器的运行质量，极大保证电网的安全可靠运行。与金属膜结构屏蔽板响比较，改进之后的半导电纸结构具有如下的优点：

（1）加工质量好。改进之后的屏蔽板在加工过程中，发生半导电纸断裂的几率低，也就不会出现气泡、分层和断裂的现象。

（2）加工工序简单。改进之后的屏蔽板加工过程不需要修整金属膜、焊接铜带等工艺，节省了大量的人力和物力。

（3）制造成本降低。投资节省，改进之后的屏蔽板所用的半导电纸密度低，用量少，投资成本无形中降低。

4结论

作为电力行业中的重要组成部分，变压器承担着电能转换的功能。严格控制大型变压器局部放电量，有助于电网的安全运行，具有十分重要的现实意义。在实际生产过程中，要对变压器的带电部分和接地体部分开展大量的“均匀电场”工作，使得研究更加深入。大型自耦变压器中上下铁轭表面用金属薄膜纸经绝缘板覆盖，起到屏蔽效果。屏蔽板将铁芯的多级棱角进行屏蔽，使电场达到“均匀”之效果，有效降低变压器局部的放电量。

从实际运行效果来看，加装屏蔽板的大型自耦变压器在运行过程中发生多次屏蔽板损坏的故障，不利于电网系统的安全运行。相关人员对屏蔽板损坏的大型自耦变压器进行解体，寻找造成屏蔽板损坏的原因。拆解后，研究人员发现金属薄纸断裂及铜带焊接质量是造成屏蔽板损坏的主要原因。本文重点介绍屏蔽板的故障实例分析和屏蔽板的结构改进，以期待对大型变压器的屏蔽板故障分析和结构改进有所裨益。

参考文献：

[1]郭健，林鹤云，徐子宏等.混合绝缘液浸电力变压器的热-流耦合场分析及绝缘和散热器结构的改进[J].变压器，2008，44（2）：122-125.

[2]江淘莎，李剑，陈伟根等.油浸式变压器绕组热点温度计算的热路模型[J].高电压技术，2009，35（7）：1634-1640.

[3]温波，刘爽，冯加奇等.油浸式变压器绕组温度场的二维仿真分析[J].变压器，2009，46（9）：34-39.

[4]杜莉，王秀春.油浸式变压器内流场和温度场的数值模拟研究分析[J].变压器，2012，49（1）：19-22.

[5]李进良，李承曦，胡仁喜等.精通FLUENT6.3流场分析[M].北京：化学工业出版社，2009：18-36.