呂霏

(江蘇華電戚墅堰發(fā)電有限公司，江蘇 常州 213011)

0 引言

作為發(fā)電企業(yè)常見(jiàn)的特種變壓器，三相勵(lì)磁整流干式變壓器并不是變壓器的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用。與一般干式變壓器相比，勵(lì)磁變壓器(以下簡(jiǎn)稱(chēng)勵(lì)磁變)變比更大，抗諧波、抗過(guò)電壓、抗過(guò)載的能力更強(qiáng)，在溫升、噪聲、絕緣等級(jí)、制作工藝以及高低壓繞組屏蔽等方面的要求更為苛刻。

某燃機(jī)發(fā)電廠(chǎng)#2勵(lì)磁變?yōu)椴捎萌鄻蚴娇煽毓枵髌飨到y(tǒng)的模鑄式干式變壓器，額定容量3 600 kV·A，額定電壓6 000 V/1 130 V，額定電流346 A/1 839 A，絕緣等級(jí)F(155 ℃)，采用三相三柱疊積式鐵心和自冷方式。2011年9月，#2勵(lì)磁變發(fā)生鐵心多點(diǎn)接地，本文重點(diǎn)對(duì)此次故障的檢查經(jīng)過(guò)與處理方法進(jìn)行描述。

1 故障發(fā)現(xiàn)與外因初查

2011年機(jī)組檢修時(shí)初次發(fā)現(xiàn)#2勵(lì)磁變鐵心對(duì)地絕緣低，用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量鐵心對(duì)地電阻值為2 000 Ω，其他電氣預(yù)防性試驗(yàn)數(shù)據(jù)均正常；查閱相關(guān)檢修巡檢記錄，此前最近一次檢修，鐵心對(duì)地絕緣達(dá)2 000 MΩ；此次檢修中對(duì)#2勵(lì)磁變鐵心進(jìn)行仔細(xì)清掃，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異物，穿心螺桿搖測(cè)絕緣正常，為300 MΩ/500 V。由于該變壓器鐵心底部及端軛兩側(cè)均用玻纖環(huán)氧板作為對(duì)地絕緣材料，而三相鐵心柱兩側(cè)與拉板間僅墊了一層絕緣紙，故初步懷疑是某部位的絕緣紙損壞導(dǎo)致對(duì)地絕緣低。由于受停電時(shí)間的限制，暫時(shí)不作處理[1]。

次年，利用機(jī)組臨檢的機(jī)會(huì)通過(guò)內(nèi)窺鏡對(duì)變壓器底部、線(xiàn)圈與鐵心柱間的狹小部位進(jìn)行進(jìn)一步檢查。通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)三相鐵心柱與兩側(cè)拉板間的絕緣紙側(cè)邊清潔、完整，鐵心柱與拉板間未發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致絕緣能力降低的致污物。

2 逐級(jí)排查確認(rèn)故障原因

通過(guò)外觀檢查確證穿心螺桿無(wú)異常，略松開(kāi)上、下端軛夾件的緊固螺母及穿心螺桿，分別在三相鐵心柱兩側(cè)與拉板端部之間加塞NOMEX絕緣紙，同時(shí)測(cè)量鐵心對(duì)地絕緣，如圖1所示。

圖1 鐵心柱與拉板端部之間加塞NOMEX絕緣紙

處理到B相鐵心柱低壓側(cè)時(shí)，搖表指針出現(xiàn)晃動(dòng)，檢查發(fā)現(xiàn)鐵心與拉板間的絕緣紙異常，如圖2所示。

圖2 B相鐵心柱低壓側(cè)端部取出的絕緣紙

經(jīng)制造廠(chǎng)確認(rèn)，圖2的NOMEX絕緣紙耐熱等級(jí)為H級(jí)(180 ℃)，外表面灰白，中間層已有過(guò)熱變色脆化的情況。查紅外熱成像巡檢記錄，運(yùn)行中該勵(lì)磁變端部鐵心表面溫度達(dá)133 ℃以上。由于安全距離及調(diào)停時(shí)間限制，未能進(jìn)一步檢測(cè)驗(yàn)證鐵心柱中部的運(yùn)行溫度，但根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，通風(fēng)散熱相對(duì)良好的鐵心上端部溫度如此高，散熱情況更為惡劣的鐵心柱中部情況將更為嚴(yán)重[2]。

通過(guò)進(jìn)一步現(xiàn)場(chǎng)檢查，分析高溫產(chǎn)生的原因。

(1)變壓器鐵心三相柱兩側(cè)拉板材質(zhì)選用不當(dāng)是引起勵(lì)磁變鐵心多點(diǎn)接地的主要原因。鐵心拉板材質(zhì)為普通碳鋼，運(yùn)行中鐵心漏磁通在導(dǎo)磁性拉板上形成的渦流損耗，導(dǎo)致鐵心拉板局部過(guò)熱，使NOMEX絕緣紙長(zhǎng)期承受180 ℃以上的高溫，造成絕緣性能的劣化。

(2)選用空氣自然循環(huán)冷卻作為3 600 kV·A大容量干式變壓器的冷卻方式有欠妥當(dāng)。美國(guó)電氣制造商協(xié)會(huì)(NEMA)防護(hù)等級(jí)為3R的勵(lì)磁變壓器外箱，適于嚴(yán)格防橫向雨水且通風(fēng)良好的室外環(huán)境。這與該變壓器所處的室內(nèi)、狹小、西側(cè)、接受勵(lì)磁間空調(diào)室外機(jī)熱風(fēng)的實(shí)際安裝環(huán)境不吻合。惡劣的通風(fēng)散熱條件是形成運(yùn)行溫度高的次要原因。

3 解決方案

針對(duì)該變壓器的實(shí)際工況，與制造廠(chǎng)商討后制定以下解決方案[3-4]。

(1)將原有芯柱拉板間的絕緣紙更換為玻璃纖維板，增加絕緣材料的強(qiáng)度和厚度，切口處涂凡立水(絕緣漆)并烘干，提高玻璃纖維板的防潮性。

(2)將原有鐵心端軛與夾件間的玻璃纖維板更換為帶冷卻風(fēng)槽的玻璃纖維板，改善端軛通風(fēng)降溫，將原有黏合固定方式更改為鐵心穿桿螺栓固定鐵心穿桿螺栓，更換方便，使用時(shí)能防止脫落。

(3)將原有導(dǎo)磁性拉板更換為非導(dǎo)磁開(kāi)縫不銹鋼板。

(4)整體更換適合室內(nèi)環(huán)境的鋼骨鋁合金外殼，在變壓器高低壓兩側(cè)按變壓器容量裝設(shè)干變專(zhuān)用橫流風(fēng)機(jī)，散熱方式由自冷為強(qiáng)迫風(fēng)冷。

4 故障處理

在機(jī)組檢修期間，#2勵(lì)磁變壓器按上述解決方案實(shí)施改造：依據(jù)原有幾何尺寸制作不銹鋼鐵心拉板；并將原有鐵心鐵心柱拉板間的絕緣紙更換為玻璃纖維板；鐵心端軛與夾件間的玻璃纖維板同時(shí)更換為帶冷卻風(fēng)槽的玻璃纖維板，切口處均涂絕緣漆烘干。

關(guān)鍵部位逐一改進(jìn)并完成組裝后，檢查繞組的直流電阻、電壓比、絕緣電阻、介損、空載損耗、負(fù)載損耗、短路阻抗、溫升試驗(yàn)及工頻耐壓試驗(yàn)均合格。

根據(jù)討論方案，變壓器三相線(xiàn)圈兩側(cè)分列增加6臺(tái)GFD780-200/4型干變橫流風(fēng)機(jī)，以進(jìn)一步加強(qiáng)冷卻效果。原有室外型外殼也整體更換為適合室內(nèi)環(huán)境的鋼骨鋁合金殼體。

變壓器檢修后運(yùn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)正常，鐵心上端部溫度較檢修前的133 ℃降低了8～10 ℃。檢修后運(yùn)行至今已有5年，鐵心對(duì)地絕緣合格，設(shè)備狀況良好。

5 結(jié)論

勵(lì)磁變壓器鐵心多點(diǎn)接地對(duì)變壓器危害極大，必須及時(shí)、準(zhǔn)確地診斷故障原因，并采用相應(yīng)的處理措施。

對(duì)于已發(fā)生多點(diǎn)接地的設(shè)備，應(yīng)由外而內(nèi)、由簡(jiǎn)至難逐步排查：先排除外部因素，如檢修人員遺留的金屬異物、絕緣材料凝露受潮、鐵心吸附金屬粉末等；再考慮變壓器內(nèi)部因素，包括絕緣材料缺陷、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、安裝工藝不當(dāng)?shù)仍?。避免盲目檢修引起的檢修成本擴(kuò)大和消缺時(shí)間延誤。