浅析变压器接地屏蔽设计改进

李学锋 蔡定国 连 骏

明珠电气股份有限公司，广东 广州 511400

整流变压器是整流设备的电源变压器，是专供整流系统的变压器。整流设备的特点是原方输入交流，而副方通过整流原件后输出直流。由于整流变压器绕组中电流含有非正弦的高次谐波，为了提高功率因数，整流变压器绕组大多采用二分裂、三分裂结构，广泛应用在冶炼轧钢、变频传动等领域。

为了减小整流变压器高、低压之间高次谐波的影响，均应在高、低压绕组之间加绕静电屏蔽层。整流变压器绕组接地屏蔽通常由铜箔绕制成一个不闭合的开路环，通常放置在主通道高低压线圈之间，铜箔端部通过引线引出接地，其主要作用是抑制电网谐波，消除漏磁通对设备的干扰，保护阀侧用电设备的安全。

1 试验数据和故障现象分析

1.1 故障变压器基本参数及运行状态

该变压器型号：ZSF-8400/10，额定容量：8400 kVA，绕组额定电压和分接范围：10±2×2.5%/2×3.55 kV，联结组别：Dd0y11，冷却方式：自然油循环自冷（ONAN）。该变压器为高、低压轴向分裂结构，高压绕组为中部调压，二次侧接交变频系统，此产品在现场的负载是一台5500 kVA的电动机，电动机带转孔轧机，用于钢管的转孔之用。

1.2 变压器保护动作情况

该变压器后台显示轻瓦斯保护动作，此前变压器已带载运行60天左右，无异常，由于某钢厂生产任务工作繁忙，现场维护人员对变压器气体继电器进行了放气处理，对高压柜进行了复位送电，变压器继续进行工作，1天后，轻瓦斯再次动作报警。

1.3 现场电气试验分析及检查情况

技术人员到达变压器现场后，对变压器进行例行试验，其中包括变比试验、直流电阻试验、绝缘直流电阻试验、空负载试验、工频耐压试验等[1-2]，所做试验均没有发现变压器有异常，忽略试验条件不同造成的影响，所有试验数据与出厂试验数据基本吻合，如表1、表2所示。唯有气体继电器中含气，排出去的气体可燃，成蓝色火焰状。

表2 现场空载负载试验数据

表1 现场直流电阻试验数据 试验温度：20℃

1.4 绝缘油色谱分析

故障发生后，对该变压器绝缘油进行色谱分析如表3所示，H2烃类气体含量大幅增长且C2H2含量严重超标，根据DL/T722-2014《变压器油中溶解气体分析和判断导则》，三比值法分析编码为110，属于电弧放电兼过热，提示为参考典例因环流引起电弧[3]。

表3 油中溶解气体数据

2 处理方法和原因分析

2.1 现场变压器解体检查

变压器进行现场吊心后，变压器高压线圈外表面无异常，没有发现放电点，拆除掉铁芯上铁轭后，首先把A相高压线圈拔出后，发现高低压主通道绝缘纸筒中部有明显炭黑，并且放电部位已把主绝缘绝缘纸筒烧漏，如图1所示。然后对B、C两相也分别进行了解体，共计发现放电位置六处，分别为A、B、C三相中部上下部铜箔连接处位置，每相接地屏蔽有两处烧毁点，如图2所示。

图2 接地屏蔽故障点

图1 主通道绝缘纸筒炭黑点

2.2 故障原因分析

此变压器设计结构为内低压外高压，高压上下部线圈并联，中部抽头调压，高压线圈整体采用3.0 mm硬纸筒绕制而成，低压线圈在里为双分裂结构，上部为角接线，下部为星接线，当初设计者为了节约铜材，接地屏蔽采用四段铜带并联结构，四段铜带再由三根软铜带相串联后在端部引出接地，经认真研究分析这种屏蔽结构是极其不合理的，由于线圈中部存在漏磁严重，此时接地屏蔽相当于多点接地，而烧毁的两处均已构成回路，漏磁环流在此回路通过，产生了极大的危害电流，是造成这次故障的主要原因。如图3所示，黑色处为故障点[4-5]。

图3 故障时接地屏蔽结构简图

2.3 处理措施

对变压器接地屏蔽进行了重新改进设计，屏蔽优化为上下部单独一张铜带结构，上下端部用软铜线单独引出接地，如图4所示。更换全部高低压线圈及变压器绝缘油，返修后变压器运行至今无任何问题。

图4 更改后接地屏蔽结构简图

3 总 结

本文介绍了一起由于接地屏蔽设计得不合理而导致变压器故障案例，从中可以看出变压器的安全可靠运行对工厂正常生产、经济效益的提升有着很重要的意义，变压器接地屏蔽设计的合理与否直接关系到产品运行状态，通过改进变压器接地屏蔽的结构，提高了变压器的安全可靠性[6]。

建议今后当发现变压器出现电流、电压、瓦斯报警等异常时，为确认变压器的运行状况，避免变压器在非正常状态下继续运行，应立即安排油色谱分析并运行12 h再次进行油色谱分析对比，当任意特征气体有明显增长时，应立即安排停电试验[7]。