夏云永

（國(guó)網(wǎng)上海市電力公司檢修公司，上海 200063）

0 引言

當(dāng)前，我國(guó)生產(chǎn)的電力變壓器，基本上只有一種結(jié)構(gòu)形式，即芯式變壓器，繞組也都是采用同心繞組。一般情況下，總是將低壓繞組放在里面靠近鐵芯處，將高壓繞組放在外面。高電壓、大容量變壓器一般采用糾結(jié)式繞組，這項(xiàng)繞組技術(shù)在近期已經(jīng)發(fā)展比較成熟，但以前相對(duì)較落后的工藝給設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)很多隱患，本文將從一個(gè)實(shí)例入手著重分析繞組工藝的改進(jìn)對(duì)設(shè)備性能提升帶來(lái)的影響。

1 變壓器發(fā)現(xiàn)故障

某日公司變電檢修中心在進(jìn)行某變電站500kV變壓器油樣色譜分析試驗(yàn)的過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)A相總烴為192uL/L（標(biāo)準(zhǔn)為150 uL/L），B相總烴為130.1 uL/L，并有上升趨勢(shì)。于是跟蹤主變油色譜，根據(jù)每日油樣檢測(cè)情況分析，A，B兩相總烴呈上升趨勢(shì)，尤其以A相上升趨勢(shì)比較明顯，達(dá)5%/日，因乙炔含量幾乎沒(méi)有，可排除內(nèi)部放電，判斷為變壓器內(nèi)部局部高溫過(guò)熱引起，需要盡快對(duì)A，B相停電進(jìn)行檢查。

變壓器停電后，對(duì)變壓器的ABC三相進(jìn)行了常規(guī)實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行了鉆芯檢查，排除一系列可能存在的問(wèn)題后，對(duì)變壓器分別測(cè)量上下串聯(lián)繞組直流電阻，測(cè)到結(jié)果顯示：B相下半部比上半部直阻大12.5mΩ（5.6%）。從測(cè)量得出初步結(jié)論，高壓線圈存在虛焊可能。將B相運(yùn)至車間進(jìn)行內(nèi)部斷股檢查，檢查發(fā)現(xiàn)線圈下部有一處焊點(diǎn)斷線，斷線處絕緣紙已發(fā)黑并爆開；同樣檢查A相，發(fā)現(xiàn)類似的問(wèn)題。由于現(xiàn)場(chǎng)不具備進(jìn)一步解體檢查條件，決定返廠進(jìn)行解體檢查。

2 故障原因調(diào)查

在廠家車間，對(duì)變壓器線圈進(jìn)行處理。A相，經(jīng)過(guò)拆圍屏，排查線圈，檢測(cè)到一個(gè)故障點(diǎn)，此故障點(diǎn)位于線圈低端，角環(huán)內(nèi)部?？梢悦黠@地看到燒焦痕跡，角環(huán)上有對(duì)應(yīng)的黑點(diǎn)，有明顯的放電跡象，拆掉角環(huán)，完全拆除絕緣紙后，發(fā)現(xiàn)焊口已經(jīng)完全斷開，并有燒灼發(fā)黑痕跡。同樣，對(duì)B相進(jìn)行相同的處理，在低端類似位置發(fā)現(xiàn)類似的故障點(diǎn)，拆除絕緣紙后，發(fā)現(xiàn)焊接處已經(jīng)斷裂。具體如圖1所示。

圖1 A，B相高壓線圈故障點(diǎn)圖

通過(guò)線圈解體，我們初步分析，原因可以分為內(nèi)因和外因。

內(nèi)因：焊接質(zhì)量不合格，焊接的時(shí)候質(zhì)量沒(méi)達(dá)標(biāo)，焊頭沒(méi)焊透，焊接處焊料不夠充足。同時(shí)檢查其他焊接處，發(fā)現(xiàn)部分焊接處也存在焊接不足現(xiàn)象，焊接表面有坑坑洼洼?？傊?，焊接質(zhì)量有問(wèn)題，這是造成故障的主要原因。

外因：短路外力的沖擊，變壓器承受短路電流沖擊，會(huì)造成局部電流過(guò)大，從而使溫度極具升高，造成焊料熔解，形成斷裂，產(chǎn)生放電。經(jīng)廠家介紹，此次采用的焊料的熔化溫度在640~800℃之間，因此局部溫度已經(jīng)達(dá)到這個(gè)溫度。

內(nèi)外因相互作用，惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致焊接點(diǎn)完全斷裂。故障發(fā)現(xiàn)得很及時(shí)，如果繼續(xù)運(yùn)行，很有可能造成主絕緣擊穿，產(chǎn)生比較嚴(yán)重的后果。

3 原線圈繞制工藝及問(wèn)題

分析線圈狀況，此變壓器原高壓線圈為全糾結(jié)式。全糾結(jié)式繞組是特殊的繞制方法，能夠使幾何相鄰線匝具有較大的電氣位置，此時(shí)在電容不變情況下增大了匝間電容所儲(chǔ)藏的電荷和能量，從而等值地增加了匝間電容，改善了起始電壓分布，改善了沖擊梯度。

該線圈是中部進(jìn)線、上下并聯(lián)的結(jié)構(gòu)。根據(jù)線圈磁力線的分布狀況，該線圈采用了2種規(guī)格的導(dǎo)線，在上下端部，由于軸向磁力較大，所以采用軸向2根并聯(lián)的組合導(dǎo)線（TPU），總共16段（上部末端和下部末端各8段），TPU導(dǎo)線規(guī)格為2×4.20×6.60mm，俗稱方線；在中間主體位置，幅向作用的磁力較大，所以采用幅向2根并聯(lián)的組合導(dǎo)線（TP），總共120段（上下半部各60段），TP導(dǎo)線規(guī)格為2×2.0×13.0mm，俗稱扁線。在具體的繞組過(guò)程中，由10根組合導(dǎo)線并聯(lián)繞制，做插花糾結(jié)，在導(dǎo)線接頭處采用高頻釬焊。

整個(gè)線圈繞制過(guò)程中，由于采用全糾結(jié)式繞組，需要出現(xiàn)3種類型的焊接點(diǎn)：方線與方線連接，方線與扁線連接，扁線與扁線連接點(diǎn)。如圖2所示，左邊的為方線與方線焊接點(diǎn)，右邊為扁線與扁線焊接點(diǎn)。

圖2 線圈的不同焊接點(diǎn)

這次故障點(diǎn)出在方線與方線焊接點(diǎn)處，相同的焊接工藝和方法，為什么會(huì)現(xiàn)在在方線與方線的焊接點(diǎn)，而沒(méi)有出現(xiàn)在另外兩種焊接點(diǎn)處呢？通過(guò)分析主要有3方面原因：（1）焊接質(zhì)量及質(zhì)量控制系統(tǒng)不過(guò)關(guān)，質(zhì)量監(jiān)控不嚴(yán)格；（2）方線間的焊接點(diǎn)相對(duì)焊料要多，焊接難度要相對(duì)較大；（3）由于方線連接點(diǎn)位于線圈的頂端和低端，特別由于廠方工位設(shè)計(jì)的原因，導(dǎo)致在焊接下端繞組時(shí)，操作困難，增加了出現(xiàn)問(wèn)題的隱患。

針對(duì)第1方面，焊接質(zhì)量控制系統(tǒng)不健全，首先要提高操作工人的焊接質(zhì)量，同時(shí)增強(qiáng)在控制質(zhì)量方面的監(jiān)管，采用更加高效的方法確保焊接質(zhì)量的合格，從而使焊接能更加符合標(biāo)準(zhǔn)要求。對(duì)于第2，3方面，方線間的焊接點(diǎn)相對(duì)操作困難，并且在線圈下端焊接工位相對(duì)操作困難的部位，恰恰全部是方線焊接點(diǎn)，在困難的基礎(chǔ)上再加上困難，增加了出現(xiàn)焊接質(zhì)量問(wèn)題的隱患，如何能采用另外一種方法，能最大程度地減少焊接點(diǎn)，排除出現(xiàn)問(wèn)題的可能性，這是需要考慮的問(wèn)題?；诖?，本文提出新的繞組工藝，在焊接工藝及焊料不變的情況下，能大大提高繞組的繞制質(zhì)量，在不改變電氣性能的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)繞組的機(jī)械強(qiáng)度，進(jìn)一步降低出現(xiàn)缺陷的風(fēng)險(xiǎn)，確保變壓器更加安全。

4 新線圈繞制的對(duì)比

通過(guò)對(duì)比分析，提出采用糾結(jié)連續(xù)式繞制方式，取代原來(lái)的全糾結(jié)式繞制方式。原來(lái)的全糾結(jié)繞制方式，也就是對(duì)整體線圈全部采用糾結(jié)式繞制，它的缺點(diǎn)比較明顯，就是由于焊點(diǎn)較多，在線圈機(jī)械強(qiáng)度的保證方面略顯不足。新采用的連續(xù)糾結(jié)式，將部分線圈進(jìn)行連續(xù)式繞制，其余部分線圈進(jìn)行糾結(jié)式繞制，將連續(xù)繞制和糾結(jié)繞制有機(jī)結(jié)合起來(lái)，組成連續(xù)糾結(jié)式。

連續(xù)糾結(jié)式采用另外的組合導(dǎo)線，代替原來(lái)的方線和扁線。首先，在連續(xù)段采用組合換位導(dǎo)線，代替原來(lái)的組合導(dǎo)線，如圖3所示為組合換位導(dǎo)線，所謂組合換位導(dǎo)線是指以一定根數(shù)（奇數(shù)）漆包線扁銅線組合成寬面相互接觸的兩列，按要求在兩列漆包銅扁線的上面和下面沿窄面做同一轉(zhuǎn)向的換位，并用電工絕緣帶作多層連續(xù)緊密包繞組成的導(dǎo)線，用于制造高電壓、大容量變壓器。組合換位導(dǎo)線經(jīng)過(guò)連續(xù)式繞制后，是沒(méi)有焊接頭的，這樣就大大減少了焊接頭的數(shù)量，起到非常明顯的效果。在新線圈中，連續(xù)段總有68段（上部末端和下部末端各34段），導(dǎo)線規(guī)格為13×1.37×6.95mm，為13根導(dǎo)線換位。其次，在糾結(jié)段，采用另一種尺寸規(guī)格的幅相2根并聯(lián)組合導(dǎo)線，共有56段（上下部各有28段），規(guī)格為2×2.38×12.9mm。

圖3 新線圈采用的組合換位導(dǎo)線

采用新線圈繞組后，相比較有以下方面優(yōu)點(diǎn)：

（1）原線圈采用全糾結(jié)，導(dǎo)線接頭較多，由于焊接全部采用人工操作，操作標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法統(tǒng)一，不可避免會(huì)出現(xiàn)焊接質(zhì)量問(wèn)題，從而會(huì)對(duì)變壓器的機(jī)械強(qiáng)度帶來(lái)隱患。采用新繞組后，大大減少了焊接點(diǎn)，組合換位導(dǎo)線沒(méi)有焊接點(diǎn)，它與新的組合導(dǎo)線的焊接點(diǎn)也僅有1處，并且這處焊接點(diǎn)在焊接時(shí)采用銅套焊接，大大增加了機(jī)械強(qiáng)度。

（2）采用組合換位導(dǎo)線，有這種導(dǎo)線自身的優(yōu)點(diǎn)，它的優(yōu)點(diǎn)是使繞組中導(dǎo)線的附加損耗減少到最低的程度，而原先采用的組合導(dǎo)線沒(méi)有這方面的優(yōu)點(diǎn)，使附加損耗減少，也就大大加強(qiáng)了變壓器的工作效率。

（3）在新線圈中，中部的組合導(dǎo)線依然會(huì)有焊接，但這種焊接是處于非常良好的工位展開，對(duì)提高工人的工作質(zhì)量和效率有很大的幫助，也從另外一個(gè)側(cè)面降低了線圈出現(xiàn)焊接質(zhì)量缺陷的可能。

5 總結(jié)

本文通過(guò)對(duì)一臺(tái)大容量變壓器出現(xiàn)線圈缺陷實(shí)例的分析，找出產(chǎn)生這種缺陷的內(nèi)在和外在的根本原因，在此基礎(chǔ)上，尋找到另外一種線圈的繞制方法，通過(guò)新舊線圈的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)新繞制線圈在某些方面的優(yōu)點(diǎn)，從而為變壓器的更加可靠運(yùn)行提供保障。