某核电厂主变压器油箱壁局部振动问题分析

马海龙，高 超

（苏州热工研究院有限公司，江苏苏州 215004）

0 引言

核电厂主变压器作为常规岛电气设备中唯一受核安全监管的设备，对保障核电厂外电源的安全、可靠、稳定运行起到至关重要的作用。根据国内外变压器经验反馈事件分析，大型电力变压器内部故障通常可归纳为机械故障、放电故障和过热故障。其中，变压器振动问题容易引起铁心紧固件松动、硅钢片漆膜磨损、绕组紧固力松弛等，导致变压器机械故障的产生，进而造成变压器运行寿命缩短或引起变压器内部故障，甚至发生机组非计划停机停堆事件。

本文将根据某核电厂主变压器油箱壁局部振动偏高案例，结合变压器振源振动机理和传播途径研究，通过对变压器油箱壁振动进行测量和特性分析，对变压器健康状态进行分析评估，为现场大型电力变压器油箱壁局部振动问题分析提供借鉴。

1 案例介绍

某核电厂在日常巡检发现主变压器A 相低压侧西侧，油箱壁局部振动高于其他部位。现场测量数据见表1，振动速度最大为17.23 mm/s（无标准要求，厂家推荐振动速度小于30 mm/s），其他部位振动速度小于5 mm/s。现场检查噪声、铁芯和夹件接地电流、汇流母管接地电流、油位、油面温度、绕组温度均无异常，负荷及无功平稳，油色谱特征气体均无异常。

表1 变压器满功率平台测量振动数据

现场跟踪测量主变振动值，并将振动值偏高的油箱壁区域进行标注，振动速度为11.04～15.23 mm/s，同时发现此处钢板存在凸出部分，最大凸出位移量为3.7 mm。为确保核电主变压器安全稳定运行，下面将对该变压器振动问题进行分析研究。

图1 主变A 相油箱低压侧西侧底部振动偏高位置

2 变压器振动机理分析

在交变磁通作用下，大型电力变压器的铁心和绕组会发生振动，这是变压器的固有特性，变压器的振动与容量、硅钢片性能、磁通密度、铁心结构等因素相关。变压器振动的来源有：硅钢片磁畴伸缩引起的铁心周期性振动；电流通过绕组时，电磁力引起的绕组振动等。该核电厂主变压器铁芯采用单相四柱式优化铁心结构，铁芯采用全斜接缝并采用性能良好的高导磁、低损耗优质冷轧硅钢片叠积，心柱用用粘带绑扎机绑扎，芯柱台阶处用圆棍撑紧，增加了铁心的绑扎力度，增大了绕组的压紧力。在变压器满功率运作时，根据铁磁材料的磁致伸缩特性，硅钢片磁致伸缩将引起铁心周期性振动，铁心振动频谱的基频为变压器输入电压频率的二倍频信号。与此同时，根据毕奥-萨伐尔定律，变压器绕组内通过输入电流，绕组任意一点所受电磁力与电流的平方成正比，绕组将产生振动，振动频率为输入电流频率的二倍频信号，由于发电机输出电压频率为50 Hz，变压器输入电流同样为50 Hz，由此可知，变压器满功率正常运行时，铁心与绕组振动基频为100 Hz 左右，此外也会含有部分200 Hz、300 Hz、400 Hz 等高次谐波成分。

对该主变压器A 相低压侧西侧局部振动高位置进行频谱测分析，图频主要为100.139 Hz 分量，其次为少量的300.385 Hz 和400.484 Hz 分量（图2）。由此可知，本次主变A 相油箱壁局部振动情况与变压器铁心磁致伸缩和绕组受电磁力振动（基频100 Hz）有关。

图2 主变A 相低压侧西侧局部振动高位置进行频谱分析图

其振动传播路径表述如下，变压器在稳定运行时，变压器本体产生的100 Hz 基频振动（铁心磁致伸缩和绕组电磁力作用下产生振动），可以通过变压器绝缘油和铁心与基座的紧固件两条途径传播到油箱壁（图3）。当油箱壁某一点固有频率接近变压器本体产生的100 Hz 基频振动时，该点将产生局部共振现象，振动幅度将比油箱壁其他部位明显偏大。

图3 油箱壁局部振动高振源与传播途径

3 跟踪测量结果

对上述变压器进行满功率跟踪测量，测量结果与变压器振动机理分析相互印证。变压器振动速度均在20 mm/s 以下，振幅最大为61 μm，电气量、非电气量、电流谐波分量等数据及现场查勘无异常。参考《国家电网公司变电检测管理规定（试行）》，“油浸式变压器油箱壁振动最大不大于100 μm（p—p）的规定”。且结合国内核电厂运维经验反馈“部分基地主变存在136 μm的振动幅值长期满功率正常运行”的先例。因此可判断此次主变压器A 相油箱壁局部振动高于其他部位问题属于变压器本体（绕组和铁心）正常振动与油箱壁局部固有频率产生共振所致，排除了变压器内部铁心及绕组故障问题，变压器可继续满负荷运行。

4 结论

通过对主变压器现场状态量测量数据分析和频谱技术分析，结合变压器振源振动机理和传播途径研究，确认此主变压器油箱壁局部振动问题振源为变压器本体（绕组和铁心）振动，通过变压器绝缘油以及铁心与基座的紧固件传递到油箱壁上，与油箱壁局部固有频率（接近100 Hz）产生共振，引起油箱壁振动值高于其他部位，排除了变压器内部故障问题，有效避免了变压器排油内检造成的机组非计划停运，确保变压器的安全、可靠、经济运行。