段 彬，俞 軍，李傳才

（嘉興電力局，浙江 嘉興 314000）

變壓器是電網(wǎng)的重要設(shè)備，其安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到電網(wǎng)的供電可靠性。主變壓器頂蓋連接螺栓長(zhǎng)期發(fā)熱將導(dǎo)致：變壓器絕緣油加速老化和裂解，析出氣體，引起瓦斯保護(hù)動(dòng)作，嚴(yán)重時(shí)可能造成變壓器停運(yùn)；長(zhǎng)期過(guò)熱將使密封膠墊損壞，在環(huán)境溫度變化較大時(shí)，將引起變壓器漏油；變壓器油受熱分解后，在油內(nèi)產(chǎn)生懸浮物，使得油的酸度增加，分解產(chǎn)生的酸性物質(zhì)腐蝕繞組的絕緣[1-2]。

以下針對(duì)220kV變壓器頂蓋連接螺栓發(fā)熱問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出了現(xiàn)場(chǎng)處理方法。

1 頂蓋連接螺栓發(fā)熱原因分析

1.1 頂蓋連接螺栓發(fā)熱故障

某220kV變壓器，型號(hào)為OSS9-150000/220，額定電流393.6 A，2008年7月投入運(yùn)行。2011年7月20日，運(yùn)行日志報(bào)變壓器本體大蓋與箱體接地連接處螺絲發(fā)熱，紅外測(cè)得最高溫度70.3℃，其他部位無(wú)異常。發(fā)熱部位如圖1所示。

圖1 發(fā)熱點(diǎn)位置

1.2 頂蓋連接螺栓發(fā)熱原因分析

在勵(lì)磁磁勢(shì)F0作用下，鐵心內(nèi)產(chǎn)生的磁通分為兩部分，主磁通以閉合鐵心為路徑，同時(shí)與一次繞組N1和二次繞組N2相匝鏈，并在2個(gè)繞組中產(chǎn)生磁電動(dòng)勢(shì)E1和E2。另一部分磁通僅僅與一次繞組相匝鏈，通過(guò)非磁性介質(zhì)（油或空氣）形成閉合回路，稱(chēng)為漏磁通Φ1tσ。漏磁通將產(chǎn)生漏感電動(dòng)勢(shì) E1tσ，其有效值為 4.44fN1Φ1tσ。 變壓器的頻率、匝數(shù)都為定值，漏感電動(dòng)勢(shì)的大小僅取決于漏磁通的幅值Φ1tσ的大小[3-4]。漏感電動(dòng)勢(shì)可用一次繞組漏抗壓降的形式表示，即：

式中：X1σ為一次繞組漏電抗；I0為勵(lì)磁電流。

漏磁通會(huì)引起渦流損耗以及在連接螺桿、夾件、油箱壁等處由于磁通密度分布不均而產(chǎn)生的附加損耗，是引起頂蓋連接螺栓發(fā)熱的根本原因。

漏磁場(chǎng)經(jīng)過(guò)油箱壁形成閉合回路，當(dāng)漏磁通在經(jīng)過(guò)頂蓋和油箱壁邊緣時(shí)，由于空氣的磁阻大，大量的漏磁通通過(guò)導(dǎo)磁性較好的連接螺栓，使得螺桿內(nèi)磁通密度很高，并在螺桿中感應(yīng)出較大的渦電流，引起頂蓋連接螺栓發(fā)熱。

1.3 缺陷處理建議

對(duì)于解決頂蓋連接螺栓的發(fā)熱問(wèn)題，文獻(xiàn)[1]和[2]中均提出了一些處理建議。主要有：

（1）以硅鋼片充填上、下箱沿的空隙以降低螺栓內(nèi)磁通密度，或換以低磁鋼、反磁鋼螺栓。

（2）在油箱中增加磁屏蔽，讓漏磁通盡可能地通過(guò)導(dǎo)磁性能好的磁屏蔽裝置。

（3）在大電流引線(xiàn)附近的油箱內(nèi)加裝電屏蔽，讓電屏蔽裝置產(chǎn)生的渦流使得漏磁場(chǎng)重新分配，從而減少傳入油箱的漏磁通。

考慮到頂蓋連接螺栓發(fā)熱缺陷的處理工作應(yīng)盡可能在不停電的情況下進(jìn)行，同時(shí)考慮該變壓器內(nèi)部已采用磁屏蔽、連接螺栓為反磁鋼螺栓，并已采用連接片扁鐵進(jìn)行了分流，故未選擇采用加裝硅鋼片、增加磁屏蔽和電屏蔽等改變漏磁場(chǎng)來(lái)降低螺栓發(fā)熱的措施，主要從加強(qiáng)絕緣和引流兩個(gè)方面來(lái)處理發(fā)熱缺陷。

2 處理過(guò)程

2.1 變壓器運(yùn)行電流對(duì)螺栓發(fā)熱的影響

變壓器運(yùn)行電流對(duì)頂蓋連接螺栓發(fā)熱影響較大，變壓器發(fā)熱點(diǎn)俯視圖見(jiàn)圖2。當(dāng)變壓器運(yùn)行電流由270 A減為240 A時(shí)，位置1處溫度降低了6.4℃；位置2處短接扁鐵的電流減少了8.3 A，溫度降低了6.4℃。而此時(shí)已將位置1處頂蓋與油箱的短接扁鐵拆除，使得頂蓋與油箱之間的并聯(lián)回路減少，分流作用減弱，但測(cè)得的發(fā)熱點(diǎn)溫度反而降低。這說(shuō)明變壓器運(yùn)行電流對(duì)頂蓋連接螺栓發(fā)熱的影響遠(yuǎn)大于頂蓋與油箱短接片的分流作用。

圖2 變壓器發(fā)熱點(diǎn)俯視圖

2.2 將連接螺栓與頂蓋和油箱壁絕緣能有效降低螺栓發(fā)熱

如果能使得連接螺栓與頂蓋和油箱絕緣，這樣盡管頂蓋與油箱壁之間存在漏磁感應(yīng)電位差，但無(wú)閉合回路形成不了電流，將在很大程度上降低螺栓的發(fā)熱。將螺栓的上、下部分均分別與頂蓋和油箱壁絕緣，用鉗型電流表測(cè)量此時(shí)流過(guò)銅排的感應(yīng)電流，發(fā)現(xiàn)由原來(lái)的70.4 A增加到107.3 A，可以估算出流過(guò)螺栓的感應(yīng)電流占到此處頂蓋總感應(yīng)電流的34.4%。這說(shuō)明連接螺栓在未與頂蓋和油箱壁絕緣的情況下流過(guò)的感應(yīng)電流很大。

在工作現(xiàn)場(chǎng)，采用絕緣墊片將螺栓分別與頂蓋和油箱壁絕緣，發(fā)現(xiàn)發(fā)熱點(diǎn)1處的螺栓溫度立刻下降了12.3℃；同時(shí)，其旁邊2顆螺栓的溫度均未見(jiàn)升高。

由于廠家配置的連接片和螺栓無(wú)法實(shí)現(xiàn)頂蓋與連接螺栓絕緣的同時(shí)保證連接片的通流功能，故只能通過(guò)頂蓋采用銅排接地的方式。

2.3 將頂蓋在發(fā)熱螺栓處直接接地對(duì)降低螺栓發(fā)熱有一定的幫助

采用銅排將頂蓋的感應(yīng)電流直接引入接地網(wǎng)，使得螺栓并聯(lián)回路的電流由原來(lái)的442 A降低到70.4 A（頂蓋直接接地時(shí)銅排上的電流）。在安裝過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)螺栓的連接處有火花，這說(shuō)明頂蓋和油箱壁在漏磁場(chǎng)的作用下，均有一定的懸浮電位。這也從另一個(gè)角度上說(shuō)明了將頂蓋直接用銅排接地的必要性。在現(xiàn)場(chǎng)取消了與螺栓并聯(lián)的連接片，用50 mm×5 mm的銅排將上頂蓋直接接入接地網(wǎng)，如圖3和圖4所示。

經(jīng)過(guò)增加絕緣墊片和將頂蓋直接接地處理后，對(duì)發(fā)熱位置1和發(fā)熱位置2處的溫度進(jìn)行了紅外測(cè)溫，發(fā)現(xiàn)位置1和位置2處的螺栓發(fā)熱情況等到良好的改善，同時(shí)，也未出現(xiàn)發(fā)熱點(diǎn)轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象，這說(shuō)明上述處理措施行之有效。

圖3 改造后的現(xiàn)場(chǎng)頂蓋接地情況

圖4 接地銅排與頂蓋的連接

3 結(jié)論

變壓器頂蓋連接螺栓發(fā)熱問(wèn)題對(duì)變壓器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行有著較大的影響。磁通密度不同使得頂蓋和油箱壁的感應(yīng)電勢(shì)間存在著電位差，是造成頂蓋連接螺栓發(fā)熱的主要原因。通過(guò)在連接螺栓與頂蓋和油箱壁之間增加絕緣墊片和將頂蓋直接接地處理，能有效解決頂蓋連接螺栓的發(fā)熱問(wèn)題。對(duì)其他的幾起110kV變壓器底部連接螺栓發(fā)熱問(wèn)題，采取了上述處理方法，均取得了很好的效果。但是，尚有以下2個(gè)方面需要進(jìn)一步的完善。

（1）絕緣墊片未有標(biāo)準(zhǔn)件，現(xiàn)場(chǎng)所采用的絕緣墊片是臨時(shí)用塑料片制作的，宜采用標(biāo)準(zhǔn)的絕緣套和絕緣墊片，應(yīng)考慮環(huán)境因素如濕度、溫度對(duì)絕緣墊片老化的影響。

（2）從圖3可以看出，上頂蓋距離地面的距離超過(guò)3 m，接地銅排豎直長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，而中間沒(méi)有固定點(diǎn)。運(yùn)行中，受到風(fēng)力的影響會(huì)發(fā)生晃動(dòng)和產(chǎn)生響聲，應(yīng)給予加固。

[1]李家然.主變壓器連接螺栓發(fā)熱原因及其處理措施分析[J].科協(xié)論壇，2010（12）∶14.

[2]何敏鴻.變壓器箱沿連接螺栓過(guò)熱原因分析及處理[J].黑龍江科技信息，2008（34）∶40.

[3]陳敢峰.變壓器檢修[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2005.

[4]王正茂，閻治安.電機(jī)學(xué)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2000.