電爐變壓器直流電阻異常分析及對(duì)策

楊龍，楊新勝

（攀鋼集團(tuán)工程技術(shù)有限公司修建分公司，四川 攀枝花 617000）

變壓器繞組直流電阻的測(cè)試是預(yù)防性試驗(yàn)和設(shè)備交接試驗(yàn)的基本項(xiàng)目之一，也是變壓器檢修后的重要檢查試驗(yàn)項(xiàng)目，是發(fā)現(xiàn)繞組缺陷的重要手段。通過(guò)對(duì)直流電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，與出廠數(shù)據(jù)、歷年試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合比較，可以發(fā)現(xiàn)變壓器引線接觸不良、導(dǎo)線開(kāi)焊、分接開(kāi)關(guān)接觸不良等缺陷，有利于指導(dǎo)檢修工作的順利開(kāi)展，以達(dá)到快速準(zhǔn)確地找出缺陷部位，采取有效措施、縮短檢修工期，保證檢修質(zhì)量和變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩有限公司煉鋼廠共有6臺(tái)額定容量為22 000 kVA的LF爐電加熱變壓器，均為有載調(diào)壓電爐變壓器，其中3方坯LF電爐變壓器油的色譜分析值多次出現(xiàn)超標(biāo)。為保證變壓器的安全運(yùn)行，對(duì)該變壓器分解檢查，發(fā)現(xiàn)其線圈存在變形、移位的故障現(xiàn)象，為此對(duì)該變壓器進(jìn)行了大修。大修后常規(guī)檢查試驗(yàn)測(cè)量繞組直流電阻時(shí)，發(fā)現(xiàn)其調(diào)壓繞組的直流電阻異常，分析排查原因后，確定是有載分接開(kāi)關(guān)缺陷造成，采取措施后，線圈直流電阻恢復(fù)正常，保證了變壓器的大修質(zhì)量。

1 直流電阻異?，F(xiàn)象

3方坯電爐變壓器型號(hào)為HSSPZ-22000/35，三相，額定頻率為50 Hz，冷卻方式為OFWF。主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 電爐變壓器主要技術(shù)參數(shù)Table 1 Main Technological Parameters of Electric Furnace Transformer

大修主要項(xiàng)目為：除變壓器低壓側(cè)3套“8”字線圈繞組外，其余9套繞組（高壓繞組、調(diào)壓繞組、串變繞組）均進(jìn)行重新繞制、更換。針對(duì)調(diào)壓繞組的直流電阻異?，F(xiàn)象，多次切換調(diào)檔動(dòng)作后復(fù)測(cè)，數(shù)據(jù)仍無(wú)明顯變化。電爐變壓器直流電阻測(cè)量值如表2所示。從表2數(shù)據(jù)可以看出，該變壓器的高壓側(cè)直流電阻、低壓側(cè)直流電阻及串變繞組直流電阻的偏差均在合格范圍（2%）內(nèi)，而調(diào)壓繞組的直流電阻偏差較大，有些超出了合格范圍（2%）。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 調(diào)壓繞組三相之間直流電阻偏差分析

從表2中可以看出，調(diào)壓繞組每檔的直流電阻中，AmBm最大，AmCm次之，BmCm最小，每檔都是同樣的規(guī)律。為進(jìn)一步確認(rèn)這種規(guī)律性的直流電阻是否正常，對(duì)變壓器調(diào)壓繞組的內(nèi)部接線方式進(jìn)行了檢查，調(diào)壓繞組的內(nèi)部接線方式如圖1所示。

表2 電爐變壓器直流電阻測(cè)量值Table 2 Measured Valves of Direction Current Resistance of Electric Furnace Transformer mΩ

從圖1中可以看出，調(diào)壓繞組的抽頭引線在連接到有載分接開(kāi)關(guān)上時(shí)，A相的引線最長(zhǎng)，C相的引線最短 （A相引線平均長(zhǎng)度為3.3 m、B相為2.5 m、C相為1.9 m，三相引線之間的電阻偏差達(dá)到了54.4%）。因此，也可以確認(rèn)該變壓器調(diào)壓繞組每檔三相之間的直流電阻偏差超標(biāo)是因?yàn)橐€結(jié)構(gòu)導(dǎo)致，屬于正?，F(xiàn)象。檢查油箱內(nèi)部調(diào)壓繞組與分接開(kāi)關(guān)的接線情況后認(rèn)為，調(diào)壓繞組抽頭引線與分接開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)檔位觸頭的連接是正確的，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)接線錯(cuò)誤的情況。為此，又查閱了調(diào)壓繞組在繞制完成后每相線圈直流電阻的測(cè)量值 （連接抽頭引線前后的電阻值），測(cè)量值如表3所示。

圖1 調(diào)壓繞組內(nèi)部接線Fig.1 Internal Wiring for Voltage Regulating Winding Coil

表3 調(diào)壓線圈連接抽頭引線前、后電阻值Table 3 Resistance Valves before and after Connecting Tap Lead Wires with Voltage Regulating Coil mΩ

從表3可以看出，在連接抽頭引線前，調(diào)壓繞組每檔三相之間的電阻值偏差在2%的合格范圍內(nèi)；當(dāng)連接抽頭引線后，每檔三相之間的電阻值偏差超出了2%，這說(shuō)明了調(diào)壓繞組每檔三相之間的電阻值偏差超標(biāo)是由于抽頭引線造成的。

2.2 調(diào)壓繞組相鄰檔位電阻值級(jí)差分析

級(jí)差是指變壓器相鄰兩個(gè)分接檔位的直流電阻值之差（取絕對(duì)值）。對(duì)于按固定匝數(shù)均勻抽頭的變壓器繞組，其級(jí)差值應(yīng)大小一致，該變壓器調(diào)壓繞組設(shè)計(jì)時(shí)每段抽頭匝數(shù)均為18匝，因此其級(jí)差也應(yīng)大小一致。對(duì)調(diào)壓繞組各檔位下電阻值的級(jí)差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 調(diào)壓繞組各檔位電阻測(cè)量值級(jí)差Table 4 Measured Values Difference in Class among Shift Resistance of Voltage Regulating Winding Coil mΩ

從表4數(shù)據(jù)分析，級(jí)差值都在17～18 mΩ，級(jí)差大小一致，沒(méi)有出現(xiàn)突變、混亂的現(xiàn)象，也說(shuō)明了調(diào)壓繞組每檔的抽頭匝數(shù)是正確的。因此，也排除了調(diào)壓繞組直流電阻異常是由于繞組大修繞制時(shí)匝數(shù)錯(cuò)誤而引起的。

2.3 調(diào)壓繞組在正、負(fù)極性下對(duì)應(yīng)檔位的電阻值分析

該電爐變壓器的調(diào)壓原理不同于傳統(tǒng)的雙繞組分接開(kāi)關(guān)調(diào)壓方式，是利用了第三繞組調(diào)壓(串聯(lián)變壓器調(diào)壓)來(lái)進(jìn)行的，在主變壓器的油箱里增加了一臺(tái)串聯(lián)變壓器，主變壓器、串聯(lián)變壓器的低壓繞組串聯(lián)，利用設(shè)置在主變壓器的高壓調(diào)壓繞組給串聯(lián)變壓器高壓繞組供電，通過(guò)改變主變壓器高壓調(diào)壓繞組的分接來(lái)改變施加在串聯(lián)變壓器高壓繞組的電壓，使串聯(lián)變壓器的低壓繞組的電壓隨之改變。由于主、串變低壓繞組是串聯(lián)在一起的，所以他們的合成電壓將是兩個(gè)低壓繞組電壓的代數(shù)和。當(dāng)分接開(kāi)關(guān)正接時(shí)，合成電壓等于主變低壓側(cè)繞組電壓與串變低壓側(cè)繞組電壓之和；當(dāng)分接開(kāi)關(guān)負(fù)接時(shí)，合成電壓等于主變低壓側(cè)繞組電壓與串變低壓側(cè)繞組電壓之差。

通過(guò)上述變壓器的接線和調(diào)壓原理可知，變壓器1～5檔和7～11檔共用一套繞組，通過(guò)分接開(kāi)關(guān)的倒換使繞組的極性發(fā)生改變，從而達(dá)到調(diào)壓的目的。調(diào)壓繞組在正、負(fù)極性下各檔對(duì)應(yīng)的匝數(shù)如表5所示。

表5 調(diào)壓繞組正、負(fù)極性下各檔位對(duì)應(yīng)匝數(shù)Table 5 Turns Corresponding to Shifts Under Positive and Negative Polarity of Voltage Regulating Winding Coil

從表5可以看出，調(diào)壓繞組的1和11檔、2和10檔、3和9檔、4和8檔、5和7檔的匝數(shù)相同，因此所對(duì)應(yīng)的直流電阻也應(yīng)該是一致的。根據(jù)表2的測(cè)量值可以看出，調(diào)壓繞組在有載分接開(kāi)關(guān)正接時(shí)各檔的電阻值與負(fù)接時(shí)對(duì)應(yīng)的各檔電阻值差異很大，偏差達(dá)3%以上，這是明顯的異常現(xiàn)象。

3 原因分析及對(duì)策

3.1 原因分析

該變壓器進(jìn)行直流電阻試驗(yàn)時(shí)，除了調(diào)壓繞組的測(cè)量數(shù)據(jù)有異常外，高壓側(cè)繞組、低壓側(cè)繞組及串變繞組的電阻測(cè)量值均正常，并且測(cè)量時(shí)使用的是同一套儀器和試驗(yàn)接線，試驗(yàn)方法嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，因此可以排除測(cè)量?jī)x器故障和人為操作失誤的原因。

分析上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)認(rèn)為，如果繞組本身存在缺陷或者引線焊接不良、接頭松動(dòng)，一般表現(xiàn)為個(gè)別檔位及局部的電阻值異常，或者是所有檔位的電阻值偏差較大。而測(cè)量值反映出來(lái)的異常現(xiàn)象主要是調(diào)壓繞組在有載分接開(kāi)關(guān)處于正接和負(fù)接狀態(tài)時(shí)，對(duì)應(yīng)檔位的直流電阻偏差大。因此判斷是有載分接開(kāi)關(guān)存在問(wèn)題。

3.2 采取的措施及效果

該變壓器使用的是德國(guó)MR有載分接開(kāi)關(guān)，安裝在變壓器油箱內(nèi)部，因此需將分接開(kāi)關(guān)吊出油箱后，分離切換芯子和分接選擇器進(jìn)行檢查。檢查的主要內(nèi)容為：（1）分接開(kāi)關(guān)緊固件是否松動(dòng)或脫落；（2）載流觸頭是否有磨損、燒蝕或過(guò)熱痕跡；（3）過(guò)渡電阻是否有斷裂松脫現(xiàn)象；（4）軟連接導(dǎo)線是否有斷股、起毛現(xiàn)象；（5）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)彈簧、卡爪是否有裂痕變形；（6）所有絕緣件有無(wú)開(kāi)裂、爬電痕跡；（7）切換芯子及油室是否污染。

檢查后發(fā)現(xiàn)，分接選擇器上固定負(fù)極性靜觸頭絕緣板的金屬支撐件出現(xiàn)裂紋，三個(gè)靜觸頭表面存在明顯的磨損痕跡。分析認(rèn)為，在頻繁的切換過(guò)程中，負(fù)極性絕緣板上的靜觸頭與動(dòng)觸頭咬合時(shí)不同步，導(dǎo)致絕緣板松動(dòng)，開(kāi)關(guān)在負(fù)接時(shí)觸頭接觸不良，分接選擇器如圖2所示。

圖2 分接選擇器Fig.2 Tap Selector

將絕緣板金屬支撐件和三個(gè)靜觸頭進(jìn)行更換處理后，將有載分接開(kāi)關(guān)回裝，再次測(cè)量調(diào)壓繞組的各檔位直流電阻，并計(jì)算各檔位下電阻值的級(jí)差，見(jiàn)表6。

表6 分接開(kāi)關(guān)缺陷處理后的調(diào)壓繞組電阻測(cè)量值及各檔位的級(jí)差Table 6 Measured Values of Resistance of Voltage Regulating Winding Coil after Handling On-load Tap Switch Defect and Difference in Class of Shifts

由表6可以看出，調(diào)壓繞組的直流電阻值恢復(fù)了正常。因此，在變壓器使用了一定時(shí)間或者有載分接開(kāi)關(guān)切換操作了一定次數(shù)后，要將有載分接開(kāi)關(guān)吊出油箱進(jìn)行維護(hù)、檢修，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)存在的缺陷，保證有載分接開(kāi)關(guān)機(jī)械和電氣性能的安全可靠運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

攀鋼集團(tuán)攀枝花鋼釩有限公司煉鋼廠LF電爐變壓器大修后調(diào)壓繞組的直流電阻出現(xiàn)異常，原因是在頻繁的切換過(guò)程中，負(fù)極性絕緣板上的靜觸頭與動(dòng)觸頭咬合時(shí)不同步，導(dǎo)致絕緣板松動(dòng)，開(kāi)關(guān)在負(fù)接時(shí)觸頭接觸不良導(dǎo)致。更換絕緣板金屬支撐件和靜觸頭后，線圈直流電阻恢復(fù)正常，保證了變壓器的大修質(zhì)量。因此，變壓器使用了一定時(shí)間或者有載分接開(kāi)關(guān)切換操作了一定次數(shù)后，要及時(shí)將有載分接開(kāi)關(guān)吊出油箱進(jìn)行維護(hù)、檢修，以保證有載分接開(kāi)關(guān)機(jī)械和電氣性能的安全可靠運(yùn)行。