60000 kVA電爐特種殼式變壓器大修和性能改進

（舞陽鋼鐵有限責任公司，河南舞鋼 462500）

前言

60000 kVA 特種電爐變壓器是20 世紀90 年代初引進奧鋼聯的設備。電爐生產能力37 萬t/a，實際產鋼達105 萬t/a。由ABB 公司為其配套制造的TOTOM-L 型60 MVA 殼式變壓器，具有較強的過電壓能力，允許連續過載20%，此變壓器配有與其配套的電抗器來限制短路電流。此臺60000 kVA變壓器是大型電爐變中為數不多的殼式變壓器，對其器身解體和組裝工作有很大的難度。

1 變壓器參數及原理圖

1.1 60000 kVA特種電爐變壓器參數

表1 變壓器參數

1.2 60000 kVA特種電爐變壓器繞組線圈組成

主要由高壓基本線圈、高壓調壓線圈、低壓銅排導線、餅間主絕緣、有載調壓開關和鐵芯等部分組成，其接線原理圖如圖1。

圖1 接線原理圖

2 變壓器故障分析

2016年7月該變壓器因重瓦斯氣體保護動作停運。故障后對變壓器油樣分析(數據見表2)乙炔含量達到1689.6μL/L,變壓器內部發生了嚴重的電弧放電，以及繞組電壓比、直流電阻和絕緣電阻測定等常規試驗,結合對該變壓器故障，處理的歷史情況,初步判斷變壓器發生了涉及絕緣的放電故障。經過抽芯檢查,發現B 相繞組高壓線圈匝間絕緣破裂短路，在分解過程中發現第2 個并聯支路首匝與其升層的S過渡彎處發生弧光放電和匝間短路。

表2 油樣分析結果

60000 kVA 特種電爐變壓器在舞鋼公司一煉鋼廠使用過程中，先后發生三次高壓繞組短路故障。此次故障由于變壓器高壓側B相繞組發生短路故障而引起，造成繞組崩毀嚴重，繞組主絕緣和繞組匝間絕緣出現老化、碳化、破損以及脫落等現象，繞組不能繼續使用，因此對60000 kVA 特種電爐變壓器進行除低壓二次銅排繞組外的其它繞組全部予以更換。

3 主絕緣、高壓繞組繞制和性能改進

3.1 主絕緣

變壓器主要由外殼、器芯、變壓器油以及附件等部分組成，器芯主要有高低壓繞組和主絕緣以及副絕緣等。主絕緣為低壓與低壓、高壓與高壓、低壓與高壓之間以及內外絕緣，其形狀尺寸相同，但在厚度、油道的使用上有所差異。高低壓繞組主絕緣圖形為圖2和圖3。

圖2 高低壓主絕緣

A、B、C 三相高壓線圈窗口尺寸；每餅線圈線段尺寸軸向12.5 mm，輻向310 mm，線圈內尺寸636×1310，外尺寸1256×1930。主絕緣既保證油道的形成，還要滿足上下對照整體支撐。

3.2 繞組以及技術改進

3.2.1 線徑尺寸

調壓線圈導線裸銅導線為6.8×11.5mm，加絕緣尺寸為7.65×12.35mm。導線排列圖形單根繞制如圖4。

基本繞組線徑尺寸：裸銅導線為3.4×11.5mm，加絕緣尺寸為4.25×12.35mm。導線排列圖形雙根并繞如圖5。

3.2.2 高壓繞組基本線圈和調壓線圈導線改進

（1）原三相調壓線圈為雙根并繞，在兩餅之間中間位置無導線換位。

（2）基本線圈為四根導線并繞如圖6。線徑為4×2×12.3mm。

圖3 低壓主絕緣

圖4 調壓導線

圖5 基本導線

圖6 原基本導線

（3）同層導線在餅與餅之間換位，但是選用的同層之間互換，而沒有使用上下層之間互換，因此對導線的總長度沒有發生改變，同一匝的導線中每一根導線的電阻各不相同。改進后調壓線圈導線為單根繞法不存在電位互換。基本線圈雙根并繞，在每套線圈的兩餅之間的中間位置對兩根導線進行位置互換繞制。

3.2.3 B相調壓繞組繞制

B 相繞組為左繞向，A、C 相為右繞向繞制。如圖7和圖8。

圖7 線圈抽頭分布

圖8 B相繞組繞線圖

（1）抽頭6到抽頭13部分(抽頭到抽頭匝數如圖8。其中抽頭引線用9 張0.3×30 mm 紫銅帶焊接引出，引線出外徑300 mm，引線單邊包厚5 mm 皺紋紙。

（2）抽頭匝內墊整圈1mm 紙墊條，抽頭位加墊1mm紙墊條嚴格控制線圈輻向310 mm，不足處用紙條墊高。

（3）線圈出頭處加強絕緣，折彎處加紙條綁扎。

3.2.4 A、C相基本繞組上、下餅繞制圖

圖9、10 為A、C 相基本繞組上、下餅圖形，在繞制過程中進行如下處理。

圖9 下餅（尾頭VW）

圖10 上餅（出頭HW）

（1）先繞制下部線圈，內部換位處預留300mm長的導線，在換位處焊接導線后加強絕緣并加裝餅間油道，而且導線的焊接處需要避開線圈圓弧處焊接，按圖11位置換位后繼續繞制上餅線圈。

圖11 匝數分布(箭頭位置為導線換位位置)

（2）嚴格控制線圈輻向尺寸，在輻向不足處用紙墊條在匝間均勻墊高。

（3）高壓線圈出頭位置加強絕緣，折彎處墊紙板條綁扎緊固。

（4）每餅線圈中間和端部用白緊縮帶綁扎緊固，或者在繞線時使用正反帶布帶法繞制，避免線圈直線邊過長而引起的“漲肚”和“塌腰”現象，即能緊固又能保證線圈尺寸。

4 鐵芯疊裝恢復

（1）整體鐵芯有對稱兩部分組成（如圖12），兩部分鐵芯之間加5 mm后的紙板條做油道，并保證兩部分鐵芯的絕緣。

圖12 鐵芯平面

（2）鐵芯片在疊裝時應注意鐵芯片每3 片為1疊，片間疊裝整齊，盡量減小疊縫，保證鐵芯片疊裝垂直度，片寬240 mm 與270 mm 之間墊2 層電纜紙，片寬270 mm 的鐵芯片每疊104 mm 厚度墊2 層電纜紙，電纜紙在層間平整無褶皺。

（3）270mm 寬的鐵芯片共有11 級，240 mm 寬的鐵芯片為上下2級并加有10 mm寬鋁條作為窗口。

（4）在疊裝鐵芯片時要根據窗口尺寸盡量增加疊裝厚度，減少變壓器的空載損耗。

5 箱體短網面缺陷改造和變壓器的箱體磁屏蔽

5.1 箱體短網面缺陷改造

60000 kVA 電爐變壓器在檢修時，發現原缸體的短網面無磁板因長期在磁場的作用下發生磁化，并且二次出線端絕緣已經出現過熱老化現象。二次出線端缸體側壁使用無磁板，主要是為了避免因低壓側產生的漏磁通很大，磁感應很強，漏磁通在繞組出線端子鋼板上又產生很強的渦流，而減少了發熱率。最終導致二次側出線端子絕緣老化、放電、擊穿等故障。因此，去除并更換缸體內已經磁化的出線端側壁加強筋板，更換缸沿U 型結構。在更換的同時為保證缸體原尺寸不發生變化，采用臨時加固支撐及焊接前校正等方法，確保各部位尺寸不變化，其中主要保證缸沿整體平行、缸體側壁垂直高度不變、缸沿窗口大小不變等。更換二次出線端缸體側壁無磁板的實施，有效地避免了因渦流導致的箱壁發熱。從而保證了變壓器的檢修質量及使用壽命，而且檢驗效果良好。使用20Mn23AIV 無磁板材料，具體規格數量見表3。

表3 20Mn23AIV無磁板材料的規格及數量

5.2 變壓器的箱體磁屏蔽

變壓器運行時，繞組通過電流后產生磁場，由于繞組中的鐵芯是良好的導磁體，大部分磁通在鐵芯中，但是也有一些磁通通過空氣隙和變壓器油傳遞到變壓器外殼上。在外殼中感應渦流從而發熱，既增加了變壓器的發熱量，也增加了變壓器無用損耗。在變壓器油箱壁上掛磁屏蔽可以阻斷從繞組到外殼的此通道，大大減少外殼的渦流損耗。

6 實驗數據性能檢測

6.1 繞組額定值檢測

表4 繞組檢測

6.2 實測值與保證值對照

表5 實測結果比較

6.3 外施耐壓試驗

在被試繞組對地之間施加50Hz 交流電源，持續時間60 s耐壓數據表6。

表6 耐壓數據表

6.4 空載損耗及空載電流的測量

變壓器以額定電壓和頻率在二次側勵磁，其他繞組開路，見表7。

表7 空載損耗及空載電流測量

表8 負載損耗及短路阻抗的測量

6.5 負載損耗及短路阻抗的測量

見表8。

7 實驗結果

本產品依據GB/T 1094.3-2017以及用戶技術協議進行試驗。所測量試驗結果符合以上標準、技術條件、技術協議，試驗合格。60000 kVA 特種變壓器經過高壓線圈、絕緣等更換和制作技術上的改進，徹底的消除了變壓器的故障以及隱患，目前變壓器在線運行穩定良好，保證了順利生產，也為冶煉高端品種鋼提供了可靠的設備保障。

8 總結語

通過60000 kVA 特種電爐變壓器的大修工作，有效的提高了使用性能。也使檢修工藝得到鞏固和深化，合理的改造了高壓線圈餅與餅之間電位互換的缺陷問題，解決了變壓器箱體短網側磁化的隱患，以及低壓側磁屏蔽的改進。最終合理有效的提高了變壓器本身的質量，同時也積累了更多的檢修經驗。