500?kV變壓器箱沿超溫原因分析和處理

韓國強

(陽城國際發電有限責任公司，山西 晉城 048102)

500?kV變壓器箱沿超溫原因分析和處理

韓國強

(陽城國際發電有限責任公司，山西 晉城 048102)

介紹了某電廠500 kV變壓器箱沿超溫的故障過程，分析其產生的原因及其可能造成的危害，并對處理變壓器箱沿超溫故障的幾種方法進行了分析討論，最后結合該電廠500 kV 4號主變箱沿超溫的處理提出一些建議和注意事項。

變壓器箱沿；超溫；漏磁場；渦流損耗

0 引言

近年來，某電廠部分500 kV主變出現了箱沿局部溫度較高的現象，主要發生在變壓器高壓側箱沿處。有關技術人員通過分析變壓器箱沿超溫的原因，以及對處理方案的比較篩選和實際應用，有效地控制和解決了該電廠變壓器箱沿超溫問題。現結合該電廠500 kV 4號主變實踐中采取的方法、程序和工藝，對變壓器箱沿超溫的原因及其處理方法進行分析和探討。

1 故障過程

某電廠主變型號為TRUM 8657，由德國西門子公司生產，容量為435 MVA，額定電壓為550×2±2．5 %/21 kV，安裝數量為6臺，于2000年投入運行。

2013-04-08，在紅外測溫中發現4號主變高壓側箱蓋外沿有一處溫度異常升高至99．7 ℃，后經多次測量，最高溫度達162 ℃；發熱點油漆已脫落，且以最高點為圓心，呈半圓狀。同時發現其他幾臺主變也有幾處發熱點(均在高壓側)，溫度多為80～90 ℃。

2 原因及危害分析

變壓器是電力傳輸中最主要的設備之一，隨著經濟的發展，用電量的不斷增加，變壓器單臺容量也在不斷的提高。由于受運輸條件以及地理環境的限制，變壓器的體積不可能無限增加，導致電力變壓器本身的電磁負荷密度很大，致使漏磁場明顯增加。漏磁場的大小、分布規律決定了變壓器繞組和金屬構件的感抗、雜散損耗，很大程度上也決定著繞組和其他部件的溫升。變壓器的容量越大，強漏磁場引起的附加損耗的數值就越大，當某些部位發熱量大于設計值時，就會出現過熱超溫現象。

2.1 變壓器漏磁場產生的原因

當變壓器繞組與電源接通后，繞組中就會有電流流過，并在鐵芯中產生磁通。在鐵芯中，由勵磁電壓產生的磁通叫主磁通，它通過鐵芯并與一、二次繞組相交鏈，其大小取決于勵磁電壓的大小。當變壓器中有負載電流流過時，除了通過鐵芯的主磁通外，還有少量僅與1個繞組交鏈且主要通過空氣或油閉合的漏磁通，它的大小取決于負載電流。變壓器漏磁場分布如圖1所示。

圖1 變壓器漏磁場分布

變壓器的漏磁場能在繞組導線中感應出電勢，此電勢將產生渦流，它不僅會引起繞組的渦流損耗，還會在電力變壓器的油箱壁、夾件、壓板等金屬結構件中形成渦流損耗。漏磁場強度分布極不均勻，最大處和最小處約相差7倍。

有關資料顯示，漏磁場的強度每增加20 %，其雜散損耗將增加40 %。在大型電力變壓器中，由于原副邊繞組中的電流非常大，產生的漏磁場也非常強。漏磁場將在結構件中產生很大的損耗，這不但消耗了變壓器的負載，而且雜散損耗分布極不均勻，常常發生在箱壁和其他金屬結構件(如夾件、油箱、升高座、法蘭以及箱沿等)的某些部位，進而造成相當大的局部過熱。

2.2 變壓器油箱電流的有限元分析

利用有限元分析軟件分析大型變壓器漏磁場及渦流分布是當前行之有效的方法之一。利用有限元分析軟件Maxwell渦流場分析計算器計算了一臺和該廠變壓器結構相似的三繞組有載調壓變壓器漏磁場的分布，并計算了變壓器油箱上的電流矢量分布，如圖2和圖3所示。(對于三相變壓器，由于其結構的對稱性，只需要建立1/4模型，即可對其進行有效的分析)。

圖2 1/4油箱蓋電流矢量分布

圖3 1/4油箱壁電流矢量分布

變壓器油箱上的電流是由繞組漏磁場感應而產生的電流。從圖3油箱壁的電流矢量分布中可以看出，在相間位置處的電流方向是垂直箱沿的。在實際產品中，螺栓連接處的接觸電阻較小，從而形成電流通路，電流在變壓器相間位置尋找接觸較好的螺栓流過，因此造成箱沿或箱沿螺栓過熱。

2.3 發熱點在高壓側的原因

由于變壓器低壓側電流大，產生的漏磁也相對較強，為了防止由于漏磁產生的局部過熱，在該電廠變壓器低壓側上下箱沿集中裝設了6片短接銅排，而在高壓側則未裝設，這是造成該廠主變箱沿發熱點均在高壓側的原因。

2.4 變壓器箱沿超溫的危害

(1) 變壓器箱沿超溫主要是由變壓器漏磁引起的，漏磁場在變壓器金屬構件中將產生渦流，進而引起渦流損耗和雜散損耗。

(2) 變壓器運行中渦流損耗和雜散損耗都表現為熱能，導致變壓器某些部位溫度升高。當超過變壓器溫升極限時，造成變壓器局部過熱，使變壓器中油的溫度過高而分解出大量的氣體，進而使油中氣體含量超標，造成油質劣化，影響絕緣性能。

(3) 變壓器箱沿超溫會導致變壓器上下箱沿之間的密封橡膠墊老化，從而造成變壓器滲油。該電廠3號主變高壓側箱沿停機時滲油就和變壓器箱沿超溫有關。

由此可見，變壓器箱沿超溫將危及變壓器的安全運行，必須引起足夠的重視，以盡早發現問題并及時解決。

3 處理方法

變壓器箱沿超溫的根本原因為變壓器漏磁場強度過大或者漏磁場分布不合理。因此，處理箱沿超溫采取的措施主要是降低通過變壓器的漏磁場強度或改變漏磁場的分布狀態，降低超溫點的漏磁場強度和渦流電流。處理變壓器箱沿超溫故障的方法有以下幾種。

(1) 采用磁屏蔽。在變壓器油箱內壁加裝屏蔽，減小漏磁場強度。

(2) 采用電屏蔽。在大電流引線附近的油箱內加裝電屏蔽，讓電屏蔽裝置產生的渦電流使漏磁場重新分布。

(3) 改變箱沿超溫點的電流分布。使用高電導率的銅鋁材料連接上下箱沿，對變壓器漏磁場產生的電流進行疏導，使得大部分電流流過高電導率材料，進而降低感應電流的電阻損耗。

(4) 改變箱沿超溫點的磁場分布。以硅鋼片填充上下箱沿的空隙，或者將箱沿超溫點附近的螺栓更換為低磁鋼或反磁鋼螺栓，以降低超溫點的磁通密度。

(5) 隔斷箱沿超溫點的電路和磁路。在箱沿超溫點處的箱蓋與絕緣墊襯條間插入薄的絕緣膠木片，隔斷其電路和磁路。

方法(1)和(2)只有在變壓器制造或返廠大修時才能進行，且需要經過精密的計算和比較，不適合在現場或運行中進行。方法(5)由于變壓器箱沿與絕緣墊襯條間沒有間隙，無法插入絕緣膠木片，無法實施。因此，根據該廠實際條件，可采取的方法為(3)和(4)。

4 解決措施

在發現4號主變箱沿超溫問題后，嘗試性地在箱蓋上下沿間夾了部分硅鋼片，發現溫度下降，至120～130 ℃，但仍超出變壓器的最高溫升。經過和有關技術人員的交流溝通，決定在超溫發熱點周圍使用高電導率的銅線連接上下箱沿，對變壓器漏磁場產生的電流進行疏導，使得大部分電流流過銅連接線，以降低感應電流的電阻損耗。

細胞凋亡檢測：用含有不同濃度雷公藤內脂醇的培養液培養PC3細胞24 h后收集細胞，分別收集2×106 個細胞，用PBS洗滌3次后將細胞充分混勻，再用75%的乙醇固定，4 ℃靜置一夜。用PBS洗去乙醇后加入5 μl Annexin.V液和5 μl PI液，混勻，4 ℃避光染色，15 min后立即應用流式細胞儀檢測。

現場打開變壓器箱沿發熱點旁邊的2只螺栓，用砂紙和挫刀將油漆清理干凈后，安裝2根長120 mm的短連線?；謴瓦\行后測量發熱點溫度，約為85 ℃，溫度約下降40 ℃。用鉗形電流表測量2根短連線電流，分別為550 A和450 A；短接短連線溫度也約為85 ℃，長時間運行可能將短連線燒壞。于是加工了4根40 mm×4 mm的銅排短連線，替換了原來的2根120 mm短連線之后，再在其兩側各加裝1根銅排短連線，接好后4根銅排短連線的電流分別為275 A，268 A，366 A，294 A，最高溫度為62．7 ℃。后經過一段時間的觀察，溫度基本保持在60～70 ℃，4號主變箱沿超溫問題得到了解決。

5 結束語

根據上述變壓器箱沿超溫問題的分析及處理，可以得出以下結論，并提出一些建議和注意事項。

(1) 引起變壓器箱沿超溫的主要原因是漏磁的存在及其分布的不均勻性。

(2) 在變壓器超溫點附近加裝銅排短連線是解決此問題的有效方法之一，具有操作簡單、方便的優點。

(3) 對變壓器進行紅外測溫巡檢是發現變壓器超溫故障的有效途徑。

(4) 如果發生類似變壓器箱沿超溫的故障，建議對變壓器油進行色譜跟蹤分析。

(5) 由于變壓器箱沿超溫點漏磁集中，短接電流大，要保證短連線的截面足夠大(可以加裝多根)，且短連線與箱壁連接的接觸面積要足夠大，并清除接觸面的油漆等雜物，保證連接良好，防止短連線及其與油箱接觸面過熱。

1 徐海寧．電力變壓器漏磁場及其箱體渦流損耗的分析[D]．黑龍江：哈爾濱理工大學，2011．

2 高 丹，衣麗葵，黨艷陽，等．變壓器箱沿過熱問題的研究[J]．變壓器，2011(8)．

3 徐 勇，周臘吾，朱英浩，等．變壓器漏磁場的分析[J]．變壓器，2003(9)．

2014-06-18。

韓國強(1977-)，男，工程師，主要從事發電廠變電檢修工作，email：52553035@qq．com。