三裂解整流變壓器改造提高抗短路能力

張 勇，林鵬飛，楊 斌

(1.日照鋼鐵有限公司，山東 日照 276806，2.西安西無二電子信息集團有限公司，陜西 西安 710082)

0 前言

三裂解傳動整流變壓器應(yīng)用于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，用一臺三裂解傳動整流變壓器替代三臺普通雙繞組傳動整流變壓器，具有占地面積小、維護工作量低、損耗低、投資小等優(yōu)點，因此在鋼鐵行業(yè)廣泛應(yīng)用。作為主傳動整流變壓器應(yīng)能承受長時間軋鋼沖擊過負荷，如果變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計及參數(shù)不合理，會造成內(nèi)部變壓器線圈發(fā)生嚴重變形，抗二次側(cè)短路能力降低，運行中或送電瞬間易發(fā)生變壓器損壞事故，如果沒有備用變壓器投入運行，對生產(chǎn)造成很大的經(jīng)濟損失。

1 故障情況

近期，日照鋼鐵1 580帶鋼廠選用的某廠生產(chǎn)的變壓器頻發(fā)故障，對生產(chǎn)造成了很大的損失。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)該系列產(chǎn)品故障現(xiàn)象基本相似，主要是線圈燒毀、變形，部分產(chǎn)品壓緊線圈用壓板損壞，經(jīng)初步分析，該現(xiàn)象表明變壓器抗短路能力不夠，當頻繁受到?jīng)_擊后，繞組發(fā)生變形，嚴重時損壞繞組引線絕緣，引起匝間短路，燒毀線圈。圖1～圖4為不同型號變壓器吊心后的損壞情況。

2 故障分析

為了降低變壓器事故率，決定對該系列產(chǎn)品全部進行改造，該變壓器基本參數(shù)如下。

產(chǎn)品型號 ZSF3F-12000/35

聯(lián)接組別 Dy11y11y11

電壓 35000/1150V

阻抗電壓 8.07%

空載電流 0.34%

空載損耗 9.11 kW

實際測量空載損耗 12.626 kW

高壓對低壓分裂阻抗 6.42%

高壓對低壓總阻抗 7.93%

從實際測量數(shù)據(jù)可知，空載損耗值高于用戶提供數(shù)據(jù)，阻抗值對應(yīng)高壓對低壓總阻抗值，實際測量值低于8.07%，使變壓器抗短路能力降低。

原變壓器高壓繞組為餅式結(jié)構(gòu)內(nèi)線圈，低壓繞組為外線圈，多路連續(xù)式結(jié)構(gòu)。

按原變壓器參數(shù)及結(jié)構(gòu)對變壓器進行受力分析，結(jié)果見表1。

表1 短路時受力計算結(jié)果Tab.1 Calculated results of stress when short circuit

所計算的短路時受力處在允許范圍內(nèi)，但是數(shù)值較大，變壓器在長期運行過程中會受到頻繁性、周期性負荷沖擊情況下，不可避免的會對繞組造成一定的損傷，日積月累，損傷加大，最終造成變壓器事故，影響變壓器使用壽命。

對于變壓器內(nèi)線圈來說，會受到向內(nèi)收縮的短路力，外線圈受到向外的短路力，由于產(chǎn)品容量關(guān)系，高壓線圈線規(guī)相對于低壓線規(guī)小，承受短路力能力相對于低壓線圈差。如果作為高壓做為內(nèi)線圈使用，由于撐條存在，致使兩撐條跨度之間的導線在徑向作用力的情況下，還會產(chǎn)生彎曲力，其相對于低壓線圈作為內(nèi)線圈變形會更嚴重。

3 改造方案

3.1 參數(shù)及線圈布置調(diào)整

根據(jù)三裂解變壓器運行特點，決定提高變壓器阻抗值，以提高變壓器抗短路能力。改造后變壓器阻抗提高到9%，輸出電壓由1.15 kV變更為1.18 kV。低壓壓線圈改為餅式結(jié)構(gòu)，做為內(nèi)線圈 (靠近鐵心)，并繞制在硬紙筒上;高壓線圈采用餅式結(jié)構(gòu)，為外線圈;根據(jù)電網(wǎng)的供電情況，網(wǎng)側(cè)電壓波動不大，決定取消分接開關(guān)(可使繞組安匝分布更加合理)。高低壓線圈均采用半硬線繞制，提高導線應(yīng)力和線圈抗短路能力。

為減小沖擊對內(nèi)線圈的影響，決定增加撐條根數(shù)，減小繞組引線在圓周上撐條之間的跨度，增大引線與墊塊的接觸面積，使繞組抗短路能力提高。

對改造后的變壓器進行受力分析，短路力計算結(jié)果見表2。

表2 短路力計算結(jié)果Tab.2 Calculated results of stress caused by short circuit

改造后，變壓器抗短路能力有很大提高，降低減小因繞組受沖擊而引起的事故率，延長變壓器的使用壽命。

3.2 引線夾持

為了降低引線漏磁場，減小引線產(chǎn)生的附加損耗，要求引線間距越近越好。而從引線運行時受力情況來說，則要求引線間距越大越好。一般大截面的銅母線彼此間靠的很近，在變壓器短路時產(chǎn)生很大的機械力;變壓器經(jīng)過長途運輸，運行中的各種過電壓，以及電網(wǎng)事故短路電流的沖擊作用之后，要保證引線有足夠的機械強度，在變壓器運行期限內(nèi)保證引線之間的相對位置基本不變，所以要求有足夠可靠的夾持，原產(chǎn)品低壓引線除上部外幾乎沒有加持，當受到較大的沖擊時，可能造成引線變形或線間短路，還可能引起繞組損壞，造成變壓器事故的發(fā)生。因此，在對變壓器進行改造時，對引線部位進行了可靠的夾持，避免由于引線問題而引起的事故。

3.3 器身用壓板

器身壓板作為連接器身與夾件的部件，必須有足夠的強度和剛度，保證變壓器受到?jīng)_擊時，由于繞組作用在壓板上的軸向力不損壞;可以考慮將壓釘與壓板接觸部位相當于一個點受力(器身受到?jīng)_擊時壓釘對于壓板的反作用力)，而壓板其余部位受到向上的力，如果剛度不夠容易損壞，修理前壓板厚度35 mm，修理后壓板厚度為50 mm。

4 結(jié)束語

投入運行后效果比較理想，因此對于變壓器制造廠來說，要充分考慮變壓器用戶的使用情況，滿足用戶提出的參數(shù)要求，對于短路阻抗值最好取正偏差，雖然會增加變壓器的制造成本，卻能有效的提高變壓器抗短路能力。

三裂解傳動整流變壓器作為交流變頻調(diào)速系統(tǒng)中的重要組成部分，對整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行有至關(guān)重要的影響，尤其是鋼鐵企業(yè)，工作負荷大，工況惡劣，要定期對變壓器進行檢修，例如油樣分析、短路阻抗測量或測量繞組變形等，提前了解變壓器運行情況，了解變壓器是否帶傷運行，及時對發(fā)生的問題進行處理，避免問題的擴大化，降低事故率。

［1］ 吉亞民，張霽．變壓器承受短路能力核算和繞組變形測試 ［J］．變壓器，2008(3)．

［2］ 王夢云．110kV及以上變壓器事故統(tǒng)計分析［J］．供用電，2006，23(1):1－5．

［3］ 王夢云．2002－2003年國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)變壓器類設(shè)備事故統(tǒng)計與分析 (一) ［J］．電力設(shè)備，2004，5(10):20－26．

［4］ 陳曾田．電力變壓器保護 ［M］．北京:中國電力出版社，1989．