安谷水電站變壓器油箱外罩接地電流偏大原因分析

吳 剛 強(qiáng)， 余 林

(1.中國水電建設(shè)集團(tuán)圣達(dá)水電有限公司，四川 樂山 614013；2.中電建水電開發(fā)集團(tuán)有限公司，四川 成都 610041)

1 概 述

安谷水電站工程是大渡河干流梯級開發(fā)中的最后一級，壩址位于樂山市安谷河段的生姜坡。

安谷水電站220 kV主變壓器(220 MVA)由山東泰開變壓器有限公司生產(chǎn)；機(jī)電安裝由水電五局機(jī)電安裝分局施工完成。在主變投運(yùn)過程中，發(fā)現(xiàn)變壓器本體外殼鐘罩上下連接處接地電流偏大。當(dāng)主變額定負(fù)荷時(shí)，實(shí)測的主變低壓側(cè)上下節(jié)油箱連接片處的電流為：1#主變一點(diǎn)最高連接電流達(dá)390 A左右，另一點(diǎn)達(dá)150 A左右；2#主變一點(diǎn)最高連接電流達(dá)350 A左右，另一點(diǎn)達(dá)160 A左右；3#主變一點(diǎn)最高連接電流達(dá)到260 A左右，另一點(diǎn)達(dá)到240 A左右。主變鐘罩電流過大，可能造成主變緊固件、箱體等發(fā)熱、松動、絕緣老化等安全隱患。根據(jù)安谷水電站主變壓器油箱連接片處測得的電流數(shù)值，廠家會同現(xiàn)場安裝單位對變壓器在生產(chǎn)及安裝過程中所采取的措施進(jìn)行了分析。安谷水電站變壓器主要技術(shù)參數(shù)見表1。

2 原因分析

當(dāng)變壓器中一個(gè)繞組與電源接通后，就會在鐵心中產(chǎn)生磁通。鐵心中由勵(lì)磁電壓產(chǎn)生的磁通稱為主磁通；當(dāng)變壓器中流過負(fù)載電流時(shí)，就會在繞組周圍產(chǎn)生磁通。繞組中由負(fù)載電流產(chǎn)生的磁通稱為漏磁通，漏磁通的大小取決于負(fù)載電流；主磁通與漏磁通均形成封閉回路，都是向量，但不在同一相位上。主磁通在閉合磁路的鐵心中流通，而漏磁通的磁路十分復(fù)雜，有的在繞組所占的部分空間閉合；有的則經(jīng)過繞組端部空間進(jìn)入壓板后再回到繞組所占空間后閉合；有的則進(jìn)入油箱后閉合。

表1 安谷水電站變壓器主要技術(shù)參數(shù)表

此外，變壓器內(nèi)部的大電流引線也會產(chǎn)生漏磁通。因此，變壓器負(fù)載運(yùn)行時(shí)，繞組和引線的漏磁通始終存在。油箱壁局部位置受漏磁通的影響會在局部位置產(chǎn)生環(huán)流并通過上下節(jié)油箱連接片形成電流回路。

繞組的漏磁通(Φσ)等于繞組的磁動勢乘以相應(yīng)的漏磁導(dǎo)，即：

Φσ=N·i·Λσ

式中Λσ為漏磁路的磁導(dǎo)；N為繞組匝數(shù)；i為負(fù)載電流。

由于繞組匝數(shù)及磁導(dǎo)均為定值，因此漏磁通的大小取決于負(fù)載電流。對于小容量變壓器，由于其負(fù)載電流小，漏磁通對變壓器的影響亦較小；隨著變壓器容量的增大，其負(fù)載電流亦隨之增大，漏磁通對變壓器的影響將比較明顯。

3 降低變壓器漏磁所采取的措施

針對安谷水電站變壓器電壓等級高、容量大且短路阻抗高的特點(diǎn)，變壓器設(shè)計(jì)時(shí)著重加大了控制漏磁方面的工作，綜合采取多種措施以降低變壓器的漏磁。例如，合理調(diào)整高低壓繞組的安匝分布，保證高低壓繞組的安匝平衡；在變壓器內(nèi)部也采取了有效措施以減小部分漏磁通對油箱壁的影響。具體措施如下：

(1)在變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，合理安排低壓側(cè)引線走形，盡量避免引線漏磁通與繞組漏磁通疊加，并在A、C相首尾相接的引線區(qū)域(該區(qū)域受引線漏磁通較顯著)油箱壁采用低磁鋼板(圖1)。

(2)根據(jù)變壓器高低壓側(cè)油箱受漏磁通影響的區(qū)域，在變壓器油箱內(nèi)壁上合理布置磁屏蔽，使漏磁通盡量少地經(jīng)過油箱壁(圖2)。

圖1 變壓器外罩油箱低磁鋼板布置圖

圖2 變壓器漏磁通示意圖

(3)對于變壓器外部方面，在上下節(jié)油箱的高低壓側(cè)均布置2處連接片(常規(guī)變壓器高低壓側(cè)均為1處連接片)，并采用銅排進(jìn)行連接，以保證油箱局部位置受漏磁通影響形成的電流，通過連接片構(gòu)成回路(圖3)。

4 電流值偏大的原因分析

變壓器在運(yùn)行過程中不可避免地會出現(xiàn)漏磁，在油箱局部位置產(chǎn)生環(huán)流。對于鐘罩式油箱，油箱的連接片處普遍存在電流。隨著變壓器容量的增加，連接片處的電流亦會隨之增大。由于大多數(shù)電站沒有測量過油箱連接片的電流，根據(jù)生產(chǎn)廠家多年維修維護(hù)變壓器的經(jīng)驗(yàn)，對于容量在180～240 MVA的三繞組變壓器，油箱連接片處的電流值在400～600 A左右。現(xiàn)場人員反饋的低壓側(cè)油箱連接片的電流值對應(yīng)于該變壓器的容量、短路阻抗及低壓側(cè)額定電流值來說，變壓器在漏磁方面得到了有效的控制，油箱連接片的電流值在正常范圍內(nèi)。

油箱連接片上的電流是由于局部油箱壁受漏磁通的影響產(chǎn)生的，為局部環(huán)流現(xiàn)象，因而不會出現(xiàn)主變鐘罩過熱的問題；而且該位置的溫度亦可使用紅外測溫裝置進(jìn)行測量，溫升不超過80 K絕對不會對變壓器內(nèi)部絕緣造成影響。

5 減少變壓器油箱外罩接地電流采用的方法

在變壓器上下節(jié)油箱連接螺栓處安裝小連接銅排，以增加上下節(jié)油箱的連接點(diǎn)(圖4)。

圖3 原變壓器外部上下鐘罩連接片示意圖

圖4 增加連接片后的示意圖

6 結(jié) 語

筆者對安谷水電站變壓器油箱外罩接地電流偏大的原因進(jìn)行了分析，提出了具體的解決方案并予以實(shí)施，效果較好。