大型變壓器屏蔽板的故障分析和結構改進

郝山義

摘 要：作為電力行業中的重要組成部分，變壓器承擔著電能轉換的功能。嚴格控制大型變壓器局部放電量，有助于電網的安全運行，具有十分重要的現實意義。大型自耦變壓器中上下鐵軛表面用金屬薄膜紙經絕緣板覆蓋，起到屏蔽效果。屏蔽板將鐵芯的多級棱角進行屏蔽，使電場達到"均勻"之效果，有效降低變壓器局部的放電量。本文重點介紹屏蔽板的故障實例分析和屏蔽板的結構改進，以期待對大型變壓器的屏蔽板故障分析和結構改進有所裨益。

關鍵詞：變壓器;屏蔽板;故障分析;結構改進

0 引言

作為電力行業中的重要組成部分，變壓器承擔著電能轉換的功能。嚴格控制大型變壓器局部放電量，有助于電網的安全運行，具有十分重要的現實意義。在實際生產過程中，要對變壓器的帶電部分和接地體部分開展大量的“均勻電場”工作，以使得研究更加深入。大型自耦變壓器中上下鐵軛表面用金屬薄膜紙經絕緣板覆蓋，起到屏蔽效果。屏蔽板將鐵芯的多級棱角進行屏蔽，使電場達到“均勻”之效果，有效降低變壓器局部的放電量。[1]

從實際運行效果來看，加裝屏蔽板的大型自耦變壓器在運行過程中發生多次屏蔽板損壞的故障，不利于電網系統的安全運行。相關人員對屏蔽板損壞的大型自耦變壓器進行解體，尋找造成屏蔽板損壞的原因。[2]拆解后，研究人員發現金屬薄紙斷裂及銅帶焊接質量是造成屏蔽板損壞的主要原因。從某種程度來說，安裝于上下鐵軛接觸處的屏蔽板處于一種“隱形”的狀態，因為其在里面“看不到、摸不著”。電力系統平時的維護和巡檢過程中，無法探知屏蔽板的真實狀態。要想獲得屏蔽板的真正狀態，只有對變壓器進行解體，這需要耗費大量的物力和人力。因此，提高屏蔽板的結構和制造工藝至關重要。本文重點介紹屏蔽板的故障實例分析和屏蔽板的結構改進，以期待對大型變壓器的屏蔽板故障分析和結構改進有所裨益。

2大型變壓器屏蔽板故障實例分析

[實例1]東北電網使用的1996年出廠，1997年投入運行的一臺型號為ODFPSZ-250000/500變壓器，于2005年9月份油的色譜檢測中發現異常。色譜檢測過程中發現數據異常，油有產氣現象。經過局部放電定位，檢查人員發現油箱低壓側的屏蔽板出現問題。屏蔽板中銅帶和金屬薄紙焊接過程中出現質量問題，造成此處發生嚴重的放電現象。廠家重新加工制作屏蔽板，用整條長金屬薄紙替代連接銅帶，同時焊接過程中采取切實可行措施保證焊接質量。維修之后，各個檢測指標正常，一直正常使用至今。

[實例2]國家電網使用的1994年出廠，1995年投入運行的一臺型號為ODFPS-250000/500變壓器，于2005年5月份油的色譜檢測中發現異常。局部放電實驗過程中，發現1.0倍電壓時，局部放電量達到8000pC。第一次試驗過程中受到現場條件的制約，試驗效果不盡理想。經過前期的充分準備，第二次實驗時取得一定的結果。額定分壓正常時，由1.0倍到1.7倍增上時，各個部位的放電量值（見表1）。由表1可知，中壓側的放電量增長值較高。

超聲定位檢測時，變壓器的高、中壓繞組直徑的主孔道及低壓側附近，超聲信號較為清晰。

受制于現場的實際條件，只能進行上述實驗。于是，公司項目組決定，將變壓器發回原生產廠家進行維護和檢修。檢修過程中，檢修人員發現位于下鐵軛屏蔽板的9-11條金屬薄膜紙和銅帶焊接處發生放電，因為上下絕緣塊因放電被燒黑。

鑒于這次事故總結，引起金屬薄膜復合紙斷裂的原因較多，需要一一排查。公司根據實際使用情況，特別提高鐵軛屏蔽板的折彎處理要求。在鐵軛屏蔽板的制作過程中，銅帶的焊接位置離折彎圓弧邊緣的距離至≥40mm，墊塊設置40*45°倒角后再加倒2-R10的圓角。經過處理之后，此變壓器一直正常運行。

3 大型變壓器屏蔽板的結構改進

以前的屏蔽板采用金屬膜結構，制作過程中需要完成銅帶焊接和修整金屬膜等相關工序。[3]這些加工工序中，容易導致金屬膜斷裂，金屬膜間出現氣泡、金屬膜出現分層等異常現象。這些異常現象，不利于電網的正常運行，使得運行維護工人操作困難。此外，變壓器裝配過程中，易造成電位懸浮，導致變壓器局部放電超標，最終影響產品質量。

吸收同行業諸如西門子的先進制造技術，優化改進屏蔽板的結構形式。具體優化措施包括：[4]（1）半導電紙內額設置銅帶，連接銅帶和引線;（2）紙版和半導電紙之間鋪上雙面膠紙。依據需要屏蔽的范圍來設定半導電紙的形狀和大小。經實際測量，新型半導電紙的體積電阻率為5.0×104Ω？cm，表面電阻率均值為1.8×104Ω。巨大的電阻值，使得渦流附加損耗幾乎不產生，進而不會使得變壓器屏蔽板因短路產生過熱現象。[5]

從實際運行效果來看，改進之后的半導電紙結構，接觸性好、操作簡便，提高了巡視人員的工作效率，也使得變壓器的制造成本降低，提高變壓器的運行質量，極大保證電網的安全可靠運行。與金屬膜結構屏蔽板響比較，改進之后的半導電紙結構具有如下的優點：

（1）加工質量好。改進之后的屏蔽板在加工過程中，發生半導電紙斷裂的幾率低，也就不會出現氣泡、分層和斷裂的現象。

（2）加工工序簡單。改進之后的屏蔽板加工過程不需要修整金屬膜、焊接銅帶等工藝，節省了大量的人力和物力。

（3）制造成本降低。投資節省，改進之后的屏蔽板所用的半導電紙密度低，用量少，投資成本無形中降低。

4結論

作為電力行業中的重要組成部分，變壓器承擔著電能轉換的功能。嚴格控制大型變壓器局部放電量，有助于電網的安全運行，具有十分重要的現實意義。在實際生產過程中，要對變壓器的帶電部分和接地體部分開展大量的“均勻電場”工作，使得研究更加深入。大型自耦變壓器中上下鐵軛表面用金屬薄膜紙經絕緣板覆蓋，起到屏蔽效果。屏蔽板將鐵芯的多級棱角進行屏蔽，使電場達到“均勻”之效果，有效降低變壓器局部的放電量。

從實際運行效果來看，加裝屏蔽板的大型自耦變壓器在運行過程中發生多次屏蔽板損壞的故障，不利于電網系統的安全運行。相關人員對屏蔽板損壞的大型自耦變壓器進行解體，尋找造成屏蔽板損壞的原因。拆解后，研究人員發現金屬薄紙斷裂及銅帶焊接質量是造成屏蔽板損壞的主要原因。本文重點介紹屏蔽板的故障實例分析和屏蔽板的結構改進，以期待對大型變壓器的屏蔽板故障分析和結構改進有所裨益。

參考文獻：

[1]郭健，林鶴云，徐子宏等.混合絕緣液浸電力變壓器的熱-流耦合場分析及絕緣和散熱器結構的改進[J].變壓器，2008，44（2）：122-125.

[2]江淘莎，李劍，陳偉根等.油浸式變壓器繞組熱點溫度計算的熱路模型[J].高電壓技術，2009，35（7）：1634-1640.

[3]溫波，劉爽，馮加奇等.油浸式變壓器繞組溫度場的二維仿真分析[J].變壓器，2009，46（9）：34-39.

[4]杜莉，王秀春.油浸式變壓器內流場和溫度場的數值模擬研究分析[J].變壓器，2012，49（1）：19-22.

[5]李進良，李承曦，胡仁喜等.精通FLUENT6.3流場分析[M].北京：化學工業出版社，2009：18-36.