韋志鵬，王世懷，徐南紅，李水先

(湖北清江水電開發(fā)有限責(zé)任公司，湖北 宜昌 443000)

水布埡電廠主變壓器為戶外單相雙線圈銅芯強迫油循環(huán)風(fēng)冷升壓變壓器，變壓器高壓側(cè)采用油/SF6套管與GIS相連接；低壓側(cè)采用油/空氣套管與IPB連接；高壓側(cè)中性點采用油/空氣套管引出[1]，3臺單相變壓器的中性點相連接后直接接地或經(jīng)小電抗器接地，其主要銘牌參數(shù)如表1所示。

表1 主變壓器主要銘牌參數(shù)表

2016-05-03日，經(jīng)紅外測溫儀330T測溫發(fā)現(xiàn)，水布埡電廠12臺主變壓器低壓側(cè)呼吸器管路均有明顯發(fā)熱現(xiàn)象，其最高溫度達135℃，溫升高達101℃。

1 呼吸器管路過熱危害

1)呼吸器管路法蘭連接處密封材質(zhì)為丁腈橡膠，受高溫易受損，導(dǎo)致密封不嚴；而潮濕空氣經(jīng)呼吸器管路進入油嚢中，易使絕緣油含水量增加，對安全生產(chǎn)存在較大隱患[2]。

2)局部高溫促進絕緣油裂解，呼吸器中的油霧經(jīng)高溫裂解后進入油嚢，將影響絕緣油純度[3]，且產(chǎn)生雜質(zhì)可能在繞組、圍屏等形成導(dǎo)電橋，使絕緣油電解產(chǎn)生更多雜質(zhì)，嚴重影響變壓器安全運行[4]。

2 呼吸器管路過熱原理分析

變壓器呼吸器管路位于低壓側(cè)母線筒附近，而變壓器正常運行時，低壓側(cè)母線筒通過的電流如下：

ia=imsinωtib=imsin(ωt-2π/3)ic=imsin(ωt+2π/3)

(1)

其中，im為電流峰值。

而主變壓器為3臺單向變壓器，低壓側(cè)為三角形聯(lián)結(jié)，高壓側(cè)為星型聯(lián)結(jié)[5]，呼吸器管路與母線筒在空間上是垂直方向，其呼吸器管路方向與母線筒磁場如圖1所示。

圖1 磁場分布圖

母線筒內(nèi)部為油/空氣套管與IPB連接，故可將空間模型簡化建立如圖2所示。

圖2 空間簡化模型圖

令單位面積為

ds=dx·dz

(2)

由于涉及復(fù)雜空間及磁場計算，為簡化模型，可令單位面積ds處的磁場強度約為

H≈ia/2πr+ib/2π(L-r)

(3)

單位面積ds處的感應(yīng)電勢為

e=dφ/dt=d(Bds)/dt=dzdxμFedH/dt

(4)

通過ds的磁通量為

φ=Bds

(5)

通過ds的磁感應(yīng)強度為

B=μFeH

(6)

μFe為材料的導(dǎo)磁率，將式(3)代入式(4)得

e=dzdxμFed[ia/2πr+ib/2π(L-r)]dt

(7)

將式(1)代入式(7)得

(8)

渦流在單位截面小塊上形成的熱功率為

P=e2/R=e2dxdz/dyρR=e2ds/dyρR

(9)

將式(8)代入式(9)得

(10)

若截面為單位截面ds，厚度為E的導(dǎo)體內(nèi)渦流損耗為

(11)

若厚度為單位厚度dy的小塊，截面面積為F的導(dǎo)體內(nèi)渦流損耗為

(12)

由式(10)、式(11)及式(12)推論如下：

由式(10)可知，當單位截面小塊與兩個母線筒的相對空間位置一定時(即r為定值)單位截面小塊上形成的熱功率隨著導(dǎo)體的導(dǎo)磁率μFe、母線筒電流的幅值im、母線筒電流的頻率f=ω/2π的增大而增大，隨著導(dǎo)體的電阻率ρR的增大而減小。

由式(11)可知，當導(dǎo)體材質(zhì)一定、母線筒電流一定時，截面為單位截面ds，厚度為E的導(dǎo)體內(nèi)渦流損耗PE，隨著厚度E的增大而增大。

由式(12)可知，當導(dǎo)體材質(zhì)一定、母線筒電流一定時，厚度為單位厚度dy，截面面積為F的導(dǎo)體內(nèi)渦流損耗PF，隨著截面面積F的增大而增大。

綜上所述：為了減小呼吸器管路的發(fā)熱狀況，由于變壓器結(jié)構(gòu)及機械強度設(shè)計原因，其所在的空間位置、長度、管徑截面等均無法改變，而將呼吸器管路的材質(zhì)由導(dǎo)磁材質(zhì)更換為不導(dǎo)磁材質(zhì)，降低其導(dǎo)磁率μFe，是可以有效改善管路的發(fā)熱情況。

3 試驗及實際驗證

試驗器材如表2所示。

表2 試驗器材表

將鐵管和不銹鋼管用扎帶固定在主變壓器管路下方，如圖3(a)所示，經(jīng)機組460 MW滿負荷發(fā)電12 h后，紅外測溫如圖3(b)所示。

圖3 紅外測溫情況

環(huán)境溫度為28℃，鐵管溫升為117.2℃，而不銹鋼管溫升為16℃，經(jīng)對比驗證更換材質(zhì)的有效性。

經(jīng)過呼吸器管路改造后，對比改造前后變壓器滿發(fā)期間呼吸器管路紅外測溫如圖4所示。

圖4 改造前后紅外測溫

通過對比發(fā)現(xiàn)，改造前呼吸器管路為導(dǎo)磁材料，溫升為88.2℃(測試時環(huán)境溫度為28℃)；改造后呼吸器管路為不導(dǎo)磁材料，溫升為18.1℃(測試時環(huán)境溫度為25℃)，驗證了更換呼吸器管路材質(zhì)會使管路發(fā)熱量減小的有效性。

綜上所述：在進行變壓器設(shè)計時，其母線筒周邊的管路，如呼吸器管路、油枕排油管等的設(shè)計應(yīng)盡量選用不導(dǎo)磁材料，可以有效防止渦流發(fā)熱現(xiàn)象，減小相關(guān)密封的老化速率，提高變壓器安全運行的可靠性。