葉朋珍

(皖能銅陵發(fā)電有限公司，安徽 銅陵 244012)

?

一起大型變壓器低壓側(cè)升高座過熱原因分析及處理

葉朋珍

(皖能銅陵發(fā)電有限公司，安徽 銅陵 244012)

摘要：隨著變壓器容量的增大，變壓器低壓側(cè)引線電流高達(dá)20～30 kA，大電流產(chǎn)生的漏磁場和渦流損耗導(dǎo)致變壓器鄰近的金屬構(gòu)件局部過熱嚴(yán)重，影響變壓器的正常穩(wěn)定運(yùn)行。某發(fā)電公司5號主變壓器自投運(yùn)以來低壓側(cè)升高座法蘭盤長期超溫，經(jīng)過對發(fā)熱原因的分析及試驗，提出對法蘭盤“斷磁通切槽”的處理方案，在5C02檢修中實(shí)行了技改，效果良好。

關(guān)鍵詞：大型變壓器；升高座法蘭盤；過熱；斷磁通；切槽；渦流

隨著電網(wǎng)和機(jī)組容量的不斷增大，單臺電力變壓器的容量相應(yīng)增加，低壓引線電流隨之增大，有的大容量變壓器低壓側(cè)相電流高達(dá)20～30 kA。大電流在變壓器鄰近的金屬結(jié)構(gòu)件中產(chǎn)生很強(qiáng)的漏磁場和分布不均勻的渦流，這些渦流又對鄰近的金屬部件產(chǎn)生感應(yīng)電流，形成各種雜散渦流損耗。如果設(shè)計或安裝不當(dāng)，極易產(chǎn)生局部過熱，不僅影響變壓器的效率和壽命，而且影響變壓器的正常運(yùn)行[1-3]。

變壓器繞組中的磁通包括主磁通和漏磁通，當(dāng)漏磁通通過低壓側(cè)套管升高座時，由于空氣的導(dǎo)磁率較低，大量的漏磁通通過導(dǎo)磁較好的連接螺栓、法蘭等，使導(dǎo)磁材料內(nèi)磁通密度增大，高密度的交變磁通在螺栓、法蘭盤等導(dǎo)磁材料中產(chǎn)生巨大渦流，造成螺栓、法蘭盤等導(dǎo)磁附件嚴(yán)重發(fā)熱，甚至燒紅。此類大容量變壓器局部發(fā)熱問題是制造廠的技術(shù)難題，同時也是困擾運(yùn)行和維護(hù)人員的難題，不易解決[4-5]。

1問題闡述

某發(fā)電公司5號主變壓器(以下簡稱“主變”)為常州東芝變壓器廠生產(chǎn)的型號為SFP-1140000/500的三相一體變壓器，與主變和發(fā)電機(jī)連接的是江蘇大全封閉母線有限公司生產(chǎn)的額定電壓27 kV、額定電流28 kA、型號為QZFM-27/28000的離相封閉母線。

5號主變自投運(yùn)后，只要環(huán)境溫度大于30 ℃，負(fù)荷率達(dá)到90%，變壓器低壓側(cè)V相法蘭盤就過熱，嚴(yán)重時超過130 ℃。主變法蘭盤在如此高溫下運(yùn)行，將嚴(yán)重影響到變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2原因分析

為了查明和解決升高座法蘭盤發(fā)熱問題，初步分析有以下幾個影響因素：

a)封閉母線外殼短路板的大電流對鋁桶和法蘭盤的影響；

b)法蘭盤是導(dǎo)磁材料，具有聚磁作用；

c)磁屏蔽不足對法蘭盤的影響。

表1試驗項目及結(jié)果

試驗序號法蘭處理狀態(tài)鋁桶距法蘭高度/mm油箱最熱點(diǎn)溫升/K鋁桶處理說明試驗說明1C區(qū)域1個小槽491.6絕緣紙板墊高懷疑槽口未割穿致使法蘭熱點(diǎn)溫升過高,切割后試驗3再驗證2C區(qū)域1個槽40561.8木塊墊高鋁桶抬高405mm,法蘭熱點(diǎn)溫升正常3C區(qū)域1個槽491.8絕緣紙板墊高驗證試驗1豁口切大割穿后是否正常,試驗說明割穿后法蘭熱點(diǎn)溫升仍過高4C區(qū)域1個槽9575.9木塊墊高驗證鋁桶墊高高度對法蘭熱點(diǎn)溫升的影響,試驗說明影響明顯5C區(qū)域1個槽30063.3鋁桶升高絕緣紙板封閉鋁桶距法蘭空間驗證空氣流通散熱對法蘭熱點(diǎn)溫升的影響,試驗說明基本無影響6C區(qū)域1個槽492.2絕緣紙板墊高再次確認(rèn)試驗1、3的準(zhǔn)確性,試驗說明數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠7C區(qū)域1個槽4約92(短時間溫升不準(zhǔn)確)絕緣紙板墊高;8cm鋁環(huán)緊貼法蘭內(nèi)側(cè)圍一圈欲采用鋁環(huán)減小漏磁對法蘭的影響,試驗說明無作用8C區(qū)域1個槽4約92(短時間溫升不準(zhǔn)確)絕緣紙板墊高;高20cm三層銅皮緊貼法蘭內(nèi)側(cè)圍一圈欲采用銅皮減小漏磁對法蘭的影響,試驗說明無作用9C區(qū)域1個槽4約92(短時間溫升不準(zhǔn)確)絕緣紙板墊高;高20cm、厚10mm硅鋼片緊貼法蘭內(nèi)側(cè)圍一圈欲采用硅鋼片減小漏磁對法蘭的影響,試驗說明無作用10C區(qū)域1個槽4>150(短時間溫升急增)絕緣紙板墊高;高20cm、厚15mm硅鋼片緊貼法蘭內(nèi)側(cè)圍一圈欲采用硅鋼片減小漏磁對法蘭的影響,試驗說明作用相反11C區(qū)域1個槽B區(qū)域8個槽477絕緣紙板墊高法蘭過熱B區(qū)域切割8個豁口,法蘭熱點(diǎn)溫升明顯降低12C區(qū)域1個槽B區(qū)域8個槽10062.6絕緣紙板墊高法蘭過熱B區(qū)域切割8個豁口并抬高鋁桶,法蘭熱點(diǎn)溫升繼續(xù)明顯降低13C區(qū)域1個槽B區(qū)域8個槽466.8絕緣紙板墊高;鋁桶割3個豁口,放置時低壓側(cè)2豁口,高壓側(cè)1豁口驗證割破封閉鋁桶對法蘭的影響,試驗說明影響明顯14C區(qū)域1個槽B區(qū)域8個槽469.4絕緣紙板墊高;鋁桶割3個豁口,放置時低壓側(cè)1豁口,高壓側(cè)2豁口驗證割破封閉鋁桶放置方法對法蘭的影響,試驗說明影響不明顯15C區(qū)域6個槽、AB區(qū)域21個槽(最終確定方案,但未試驗)最終處理未試驗

針對以上可能存在的問題，分別設(shè)計了多個試驗項目，以驗證和分析發(fā)熱原因。為了更好地進(jìn)行試驗對比，將V相法蘭盤發(fā)熱區(qū)域區(qū)分為A、B、C三個區(qū)域。A、B為低壓側(cè)左右兩個區(qū)域，C為高壓側(cè)發(fā)熱區(qū)域，如圖1所示。在試驗過程中，同時將封閉母線最后一段鋁桶進(jìn)行了高低壓側(cè)鋁桶切割的區(qū)分，如圖2所示。試驗項目及結(jié)果見表1。

U、V、W表示低壓側(cè)三相。圖1　法蘭盤分區(qū)

圖2　鋁桶切割示意圖

從表1可以看出：試驗項目1、2、3、4的結(jié)果，說明鋁桶與法蘭盤的距離增大，能明顯降低法蘭盤的溫升；試驗2、5對比驗證了鋁桶內(nèi)空氣流通對法蘭的溫度影響較?。辉囼烅椖?、8、9、10驗證了分別通過增加鋁、銅和硅鋼片以減小漏磁對法蘭盤的影響，從試驗結(jié)果看，對降低溫升無明顯作用，且硅鋼片的作用相反，能引起法蘭盤溫度急劇上升；通過試驗項目13、14，驗證了破壞鋁桶的渦流回路對法蘭盤溫度的影響明顯，而鋁桶放置方向?qū)Υ隧椩囼炗绊懖淮?，說明鋁桶切割后不受高低壓側(cè)放置方向的影響。

通過以上試驗項目，可以明確得到以下幾個影響溫度的因素：鋁桶與法蘭盤的距離；法蘭B區(qū)域的割槽數(shù)；鋁桶內(nèi)形成的渦流導(dǎo)通回路。

圖3為主變低壓側(cè)與封閉母線連接圖。

I—電流；L—封閉母線外殼三相短路板與主變低壓法蘭面的距離。圖3　主變低壓側(cè)與封閉母線連接圖

根據(jù)以上試驗過程和圖3，發(fā)熱原理分析如下：

圖4　環(huán)流示意圖

如圖4所示，U、W相封閉母線外殼的電流均流向V相。在U、W兩相封閉母線外殼通過短路板流向V相的電流IU、IW(IU=IW)作用下，V相封閉母線最后一段鋁筒產(chǎn)生渦流。

IU、IW兩個電流均對V相封閉母線最后一段鋁筒產(chǎn)生影響，且影響效果是疊加的，為了便于分析問題，現(xiàn)假定一個電流IV對V相封閉母線最后一段鋁筒產(chǎn)生相同的影響效果，那么IV必然大于IU、IW，且假定IV的電流方向朝向一個方向(如圖5所示)。

圖5　V相環(huán)流效果圖

由圖5可以看出，電流IV在鋁筒處產(chǎn)生的磁場方向“由內(nèi)向外”，封閉母線最后一段鋁筒在此磁場作用下產(chǎn)生順時針方向的渦流，正是此渦流直接導(dǎo)致了主變低壓側(cè)法蘭面過熱，且因為IV比IU、IW大，所以主變低壓側(cè)V相的法蘭溫度也比U、W相法蘭溫度高。

根據(jù)以上分析和試驗可知：首先，可以通過增大封閉母線短路板與主變低壓側(cè)法蘭盤的距離，減小短路板環(huán)流對鋁桶的影響，從而減小法蘭盤的渦流損耗；其次，改變或減小鋁桶的渦流，人為破壞渦流的流通，可達(dá)到降低渦流對法蘭盤的影響；再次，直接在法蘭盤上進(jìn)行切槽斷開磁通，利用空氣或環(huán)氧材料的導(dǎo)磁性能比鐵磁材料弱的理論，可切斷法蘭盤的磁路，降低法蘭盤聚磁渦流發(fā)熱[8-12]。

3處理措施及改造效果

結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況，在不改變封閉母線一次結(jié)構(gòu)的條件下，現(xiàn)場采取了工作量最小、資金投入最少的方案，在主變低壓側(cè)升高座變壓器側(cè)法蘭上進(jìn)行了切割，將法蘭盤磁通回路斷開，如圖6所示。法蘭高壓側(cè)方向切割6個寬約10 mm的槽，法蘭低壓側(cè)方向法蘭盤延面切割21個寬約10 mm槽，槽內(nèi)填充環(huán)氧膠水，以隔絕磁路并密封，減少磁通渦流發(fā)熱。

(a)切割

(b)填充圖6　磁槽切割及填充

改造后，在負(fù)荷1 038 MW、環(huán)境溫度37 ℃的情況下，測量低壓側(cè)U、V、W相法蘭盤溫度分別為77.4 ℃、77.3 ℃、78.5 ℃。通過此次改造，變壓器V相低壓側(cè)法蘭盤過熱的問題得到了良好的解決。

4結(jié)束語

本文結(jié)合試驗結(jié)果，通過對主變低壓側(cè)升高座發(fā)熱原因的分析，在變壓器上實(shí)施“切槽斷磁通”技改方案，解決了變壓器低壓側(cè)升高座發(fā)熱的問題，取得了良好的效果，為大型變壓器可能出現(xiàn)的低壓側(cè)升高座法蘭盤過熱問題的處理提供了一定的借鑒，同時對大型變壓器低壓側(cè)法蘭盤和封閉母線的設(shè)計也有一定的參考作用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳勵堅. 大電流母線的理論基礎(chǔ)與設(shè)計[M]. 北京：北京水利電力出版社，1985.

[2] 賈賀強(qiáng)，王元凱. 大容量變壓器局部過熱的控制措施[J]. 變壓器，2009，46(5)：12-14.

JIA Heqiang，WANG Yuankai. Measure to Control Partial Overheat of Large Transformer[J]. Transformer，2009，46(5)：12-14.

[3] 王暉. 大電流變壓器低壓套管過熱分析及其防范措施[J]. 廣東電力，2005，18(3)：60-63.

WANG Hui. Analysis and Improvement of LV Bushing Overheat in a Heavy-current Transformer[J]. Guangdong Electric Power，2005，18(3)：60-63.

[4] 杜聯(lián)興. 變壓器故障診斷研究進(jìn)展與展望[J]. 廣東電力，2013，26(3)：1-5.

DU Lianxing. Study Progress and Prospect of Transformer Fault Diagnosis[J]. Guangdong Electric Power，2013，26(3)：1-5.

[5] 趙峰，王凱，張俊杰，等. 大容量變壓器局部過熱問題分析[J]. 變壓器，2009，46(7)：74-75.

ZHAO Feng，WANG Kai，ZHANG Junjie，et al. The Local Heat Pot Analysis of Larger Capacity Transformer[J]. Transformer，2009，46(7)：74-75.

[6] 鄢來君，張穎. 大電流封閉母線溫升計算[J]. 高電壓技術(shù)，2008，34(1)：201-203.

YAN Laijun，ZHANG Ying. Large Endosed Bus Current Temperature Rise Calculation[J]. High Voltage Engineering，2008，34(1)：201-203.

[7] 陳尚發(fā). 大容量發(fā)電機(jī)出線封閉母線的作用與降溫降耗措施探討[J]. 電力設(shè)備，2005，6(6)：57-58.

CHEN Shangfa. Discussion on Role of Enclosed Bus and Measures of Reduced Temperature and Loss for Outgoing Line of Large Generator[J]. Electical Equipment，2005，6(6)：57-58.

[8] 劉金標(biāo)，洪亮. 沙角C電廠主變壓器低壓側(cè)套管升高座發(fā)熱的解決方法[J]. 廣東電力，2003，16(4)：82-84.

LIU Jinbiao，HONG Liang. Solution for Overheating of Generator Transformer LV Bushing Turrets in Shajiao C Power Station[J]. Guangdong Electric Power，2003，16(4)：82-84.

[9] 王建民，趙志強(qiáng)，張喜樂.1 200 kV變壓器高壓引線絕緣電場的數(shù)值分析[J]. 華北電力大學(xué)學(xué)報，2002，29(12)：53-53.

WANG Jianmin，ZHAO Zhiqiang，ZHANG Xile. Numerical Nnalysis of Insulating Electric Field of HV Lead in 1 200 kV Transformer[J]. Journal of North China Electric Power University，2002，29(12)：53-53.

[10] 梁振光，唐任遠(yuǎn). 大型變壓器三維瞬態(tài)渦流場場路耦合模型[J]. 電工技術(shù)學(xué)報，2003，18(5)：17-22.

LIANG Zhenguang，TANG Renyuan. Coupled Field-circuit Model of 3D Transient Eddy Current Field for Large Transformers[J]. Transactions of China Electrotechnical Society，2003，18(5)：17-22.

[11] 王建民，景崇友，張文鋒，等. 大型變壓器三維渦流場和結(jié)構(gòu)件雜損耗的工程研究[J]. 變壓器，2012，49(2)：28-32.

WANG Jianmin，JING Chongyou，ZHANG Wenfeng，et al. Engineering Research on 3D Eddy Current Field and Stray Loss of Structural Parts in Large Transformer[J]. Transformer，2012，49(2)：28-32.

[12] 周清泉. 大型變壓器繞組溫升的修正[J]. 變壓器，2008，45(9)：5-7.

ZHOU Qingquan. Correction of Temperature Rise Calculation of Large Transformer Winding[J]. Transformer，45(9)：5-7.

葉朋珍(1983)，男，安徽太湖人。工程師，工學(xué)學(xué)士，從事發(fā)電廠電氣設(shè)備管理工作。

(編輯彭艷)

Reason Analysis and Solution to Overheating of Ascending Flanged Base at Low Voltage Side of Large Transformer

YE Pengzhen

(Wenergy Tongling Power Generation Co., Ltd., Tongling, Anhui 244012, China)

Abstract：With increase of transformer capacity, leading current at low voltage side of the transformer reaches to 20～30 kA, leakage magnetic field and eddy current loss caused by large current may result in serious overheating of parts of metal components near to the transformer, which may affect normal and stable operation of the transformer. Flange plate of ascending flanged base at low voltage side of No.5 transformer of some generation company is overheating in a long period. By analyzing reasons for overheating and conducting testing, processing scheme of breaking flux grooving on the flange plate is proposed. Technology improvement in 5C02 overhaul proves good effect of this scheme.

Key words：large transformer; flange plate of ascending flanged base; overheat; breaking flux; groove; eddy current

作者簡介：

中圖分類號：TM41

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1007-290X(2016)02-0109-04

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.02.021

收稿日期：2015-09-11修回日期：2015-10-20