淺析主變壓器聲響異常的原因及應對措施

[摘要]變壓器在正常運行或出現故障時會發出不同的聲響。本文以XX水電站主變壓器聲響異常情況，對產生的原因作簡要的分析，并提出了XX水電站通過采用增加主變中性點接地點的方式解決該問題，對因較小直流分量造成的主變聲響異常處理具有一定的參考作用。

[關鍵詞]主變壓器；聲響；措施

XX水電站是甌江流域水電梯級開發規劃中的重要骨干電站，電站以發電為主，兼顧防洪及其他綜合利用效益，是一座具有多年調節能力的大型水電站。電站主要擔負浙江省電力系統調峰、調頻、調相及黑啟動電源。目前，該電站所有機組已投入商業運行，年發電量約10億度。

一、一次主接線系統及運行方式

XX水電站一次主接線系統如圖1所示，3臺200MW水輪發電機組，發電機變壓器組單元接線，220kV系統雙母線接線，兩條出線。雙母線正常運行時并列運行，220kV開關站作為M變電站和N變電站的聯絡站。

正常運行時，#1主變、#3主變、MX線正母運行；#2主變、NX線副母運行；#1主變220kV中性點接地運行，#2、#3主變220kV中性點不接地運行。

二、主變壓器聲響異常情況

XX水電站2011年2月18日、11月1日、2012年1月3日、1月25日、3月27日先后多次出現主變聲響異常，較正常運行主變電磁聲大，持續時間10分鐘至140分鐘不等，多為20分鐘左右后異音消失。

現場檢查主變一次設備，主變氣體在線監測裝置各項數據顯示均在正常范圍內，并取油樣送中試所及烏溪江電廠進行主變油色譜分析無異常，各項數據在正常范圍內。后續進行的主變小修各項試驗數據正常。表明主變本體及附屬部件狀況良好。

三、原因分析

XX水電站主變壓器是中國常州東芝變壓器有限公司生產的，三相強迫油循環風冷的變壓器，雙繞組，三相共體三柱式變壓器，容量240MVA，型號：SFP-240000/220。

主變壓器是電站中的主要設備，其運行狀態對電站發電機輸送電能及220kV系統影響極大。在對變壓器運行狀況進行日常巡視過程中，從變壓器內發出聲響情況，可初步判斷其運行狀況是否正常。當發出不正常聲響時，即可能存在故障和隱患。根據聲響作出正確判斷，有些故障必須立即停電處理，有些故障不必立即停電處理。在運行記錄中記載清楚，提醒值班人員注意，并向有關領導匯報，待月檢或年檢時進行處理。

變壓器正常運行時，在50Hz的交流電流作用下，鐵心和線圈做100Hz的振動，發出均勻的“嗡嗡”聲，噪聲在40dB以下，聲響的強弱正比于負荷電流的大小。XX水電站主變壓器出現異常聲響時，發出“嗷嗷”聲，現場測試噪聲在80dB以上。中性點接地運行的主變壓器聲響較大，中性點不接地運行的主變壓器異常聲響不明顯。

引起主變異常聲音的因素主要有以下幾種：1）鐵心失去固定。如果是鐵心與主變外殼之間的固定部件發生變形或偏移所致，異常聲音應一直響而非間斷性的；2）主變過勵磁。主變通過220kV 開關充電，發電機帶主變零起升壓，電壓升至額定值時，由于勵磁涌流的影響，會有較大的異常聲響出現，一般持續1分鐘后異音消失。根據主變出現異常聲響時監控系統歷史記錄，當時電壓、頻率均正常，可排除主變因過勵磁出現異常；3）主變壓器內鐵銹堆積在部分鐵軛上，從而在電磁力的作用下產生振動，發出異常聲響。由于變壓器負載和周圍環境溫度的變化，使主變絕緣油的油面線發生變化，因此，水蒸汽伴隨空氣一并被吸入主變壓器內，凝成水珠，促使變壓器內部氧化生銹，隨著積聚程度加劇，會落到主變壓器的下部。這種情況還會導致變壓器油雜質增多、油質惡化。通過歷次油化驗數據可排除此種原因造成的主變聲響異常；4）高頻諧波的影響。麗水地區小水電較多，地區電網高次諧波水平較高，通過大地影響該水電站中性點接地主變。小水電一般安排發峰電，白天有大量小水電并網運行，若由此造成的影響，主變出現異常應是在白天并持續較長的時間；但該水電站主變出現異音為短時間斷性的，并有多次是出現在凌晨兩、三點之間。從中試所在該水電站主變高壓側安裝錄波儀錄波情況看，未發現有高幅值諧波情況；5）直流分量的影響。

直流偏磁對主變運行的影響：典型的鐵心磁化曲線如圖2所示：

其中I0是勵磁電流，Idc是直流電流，B是鐵心磁通密度，Bdc是直流磁通密度。當Bac和B已知即可算出Bdc。從圖2可知，在主變直流偏磁時，主變鐵心運行點接近飽和區域，鐵心產生異常振動，發出異常聲音，勵磁電流中有較高的諧波分量，使主變損耗增加且局部發熱，使主變壓器油質分解，嚴重危及主變正常運行。

產生主變直流分量的來源有：

1）超高壓直流輸電系統單極運行時，大地作為通路傳輸大電流，對電流入地點附近的變壓器產生影響，10kM以內影響較大，直流分量通過中性點接地的主變器與系統形成回路，變壓器出現較大的異常聲響。據了解離該水電站較近的超高壓直流換流站在上海，嘉興地區的變壓器影響較大，有主變出現較大異常聲響。該水電站距上海直線距離約400kM，直流輸電系統對其有一定影響，有多次出現異常時，直流系統做單極試驗的時間相吻合，影響程度需進一步確定。

2）鐵路直流電荷的影響。鐵路直流電荷通過主變中性點注入變壓器，使其產生直流偏磁，產生異常聲響。該水電站至金麗溫鐵路青田湖邊段鐵路，直線距離約18kM。影響程度需進一步研究。

3）太陽磁暴的影響。XX水電站兩條出線分別送至溫州M變電所和N變電所約70kM（東西走向直線距離約60kM），當有太陽磁暴爆發時地球磁場發生突變，地磁場水平分量切割220kV線路（東西走向）與大地這個平面在長線路感應出電荷，這些電荷需經通道流入大地，一個通道是線路對側接地主變中性點，二是該水電站接地主變中性點，故長線路感應出電荷通過線路兩側接地主變的中性點注入大地形成回路，該電流中有很大成分的直流分量（變化緩慢的交流電流）。當這個直流分量大到使主變鐵心接近飽和（該水電站主變為三相共體、外鐵型變壓器，鐵心小易飽和），產生異常振動并發出異常聲音。曾經在2001年，太陽磁暴活動頻繁，使得上和500kV變電所主變、日本東京電力公司的新榛名110kV主變就同時多次出現主變聲音異常。

四、采取措施

（1）鑒于流入XX水電站的直流分量具有偶發間歇性，且直流分量有效值不大，考慮采取增加主變中性點接地點的方式，達到分流的目的，從而使得若流入單臺主變的直流分量減小，主變鐵心不出現飽和，不易發生直流偏磁現象。采取措施后的運行方式如圖3所示。

（2）永久增加主變中性點接地點后，#2、#3主變高壓側接地零序保護投入運行，#2、#3主變高壓側不接地零序保護退出運行。電站內及區域220kV系統零序保護需要重新計算，經驗算，中性點運行方式改變后，原整定的零序保護值靈敏度仍能滿足靈敏度的要求，故不需更改220kV系統零序保護定值。

五、結語

該方案實施后，XX水電站至今未發現有運行主變發出異常聲響的情況。對于因直流偏磁引起主變異常聲響，在直流分量較小的廠站，可以應用增加主變中性點接地點的的方式解決。若直流分量較大，通過主變壓器分流無法解決，或是增加接地點后，零序保護配合困難時，考慮采用在主變中性點加裝隔離直流的措施。

參考文獻

[1]蒯狄，萬達，鄒云.直流輸電地中電流對電網設備影響的分析與處理.電力系統自動化[J].2005，29（2）：81-82.

[2]王平.變壓器內發出聲響的判斷及處理方法[J].變壓器.2007，44（9）：64-65.

作者簡介

1周朗（1984-），男，大學本科，助理工程師，從事水力發電廠生產運行工作。

2林浩（1983-），男，大學本科，助理工程師，從事水力發電廠生產運行工作。