變壓器鐘罩與底座連接片發(fā)熱原因分析

肖鴻威 王亞芳 吳志勇

（1.寧夏電科院設(shè)備評價中心，寧夏 銀川 750002；2.寧夏電力公司吳忠供電局，寧夏 吳忠 751100）

大型變壓器是電網(wǎng)傳輸電能的樞紐，是電網(wǎng)運行的主設(shè)備，其安全可靠性是保障電力系統(tǒng)可靠運行的必備條件，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模和變壓器容量的不斷增大，其故障對國民經(jīng)濟造成損失也愈來愈大。變壓器的故障類型很多，其中過熱故障是常見的多發(fā)性故障，對變壓器的安全運行帶來嚴(yán)重威脅。導(dǎo)致變壓器發(fā)熱的原因很多，變壓器的漏磁通在封閉鐵磁元件中產(chǎn)生的渦流損耗在變壓器的運行中時常存在。由于漏磁密度高，所以產(chǎn)生的雜散損耗很大，有時可達數(shù)百千瓦 ，導(dǎo)致局部過熱現(xiàn)象。本文主要通過試驗中發(fā)現(xiàn)的幾起變壓器鐘罩與底座連接銅排電流過大原因進行分析，通過紅外在線檢測手段找到發(fā)熱點，并針對故障點制定有效對策，消除發(fā)熱故障。

1 案例

2012年3月，在對110kV及以上電壓等級的變電站進行紅外巡視時，發(fā)現(xiàn)某110kV 變電站2#主變和某220kV變電站 2#主變的外殼接地裝置均有不同程度的發(fā)熱，且測得主變外殼接地銅排上的電流高達幾百安培。遂試驗人員對接地裝置進行檢查測試，分析外殼接地電流過大和接地裝置發(fā)熱的原因。

1.1 案例1

3月23日，試驗人員對某110kV變電站 2#主變的外殼接地裝置進行例行檢查時測得外殼接地電流分別為：北側(cè)251 A，南側(cè)244 A。具體接線方式（見圖1），紅外測試（見圖2、圖3）如下所示。

從紅外圖中可以看出，變壓器鐘罩外跨短接銅排的發(fā)熱部位在銅排與變壓器鐘罩的焊接處和銅排接頭處之間的地方，測得上節(jié)最高溫度達 18.7℃，接地電流為251A；下節(jié)最高溫度為16.3℃，接地電流為18A，鐘罩溫度為16℃，當(dāng)時環(huán)境溫度為14℃。

圖1 變壓器鐘罩外跨接短路環(huán)連接方式

圖2 北側(cè)上節(jié)外殼接地銅排紅外圖

圖3 北側(cè)下節(jié)外殼接地銅排紅外圖

為了進一步確定是否是變壓器繞組電流和引線電流在結(jié)構(gòu)件中產(chǎn)生的漏磁造成渦流發(fā)熱，將變壓器北側(cè)的上節(jié)外殼與接地銅排斷開，測得下節(jié)接地電流為 10A，上節(jié)用二次線接地后，測得電流為65mA，此時測得變壓器南側(cè)的上節(jié)接地電流為94A（未斷開前為244A），下節(jié)接地電流為2A。測試接線如圖4所示。

圖4 接頭打開后檢查接線圖

1.2 案例2

3月23日試驗人員對某220kV變電站2#主變的變壓器鐘罩外跨短接銅排例行檢查時，測得接地電流分別為：西南側(cè)468 A，西北側(cè)50 A，西側(cè)15 A，其中西南側(cè)接地電流最大為486A，用紅外測溫儀監(jiān)測溫度時，連接螺栓最高溫度達 52.7℃。其他連接螺栓溫度正常，相鄰螺栓溫度為20℃，當(dāng)時環(huán)境溫度為17℃。跟蹤監(jiān)測變壓器油溫、色譜數(shù)據(jù)正常。具體接線方式如圖5所示，紅外測試如圖6所示。

圖5 鐘罩外跨短接銅排示意圖

圖6 鐘罩外跨短接銅排螺栓發(fā)熱部位

2 原因分析

2.1 分析案例1

案例1中外殼短接銅排發(fā)熱部在銅排與變壓器外殼的焊接處和銅排接頭處之間的地方，將北側(cè)短接銅排打開后無回路測得北測電流最小為 65mA，對面南側(cè)接地電流最小為2A，說明是變壓器漏磁回路造成的接地電流過大。變壓器繞組中的磁通包括主磁通和漏磁通，無論主磁通和漏磁通，可分為軸向分量和徑向分量。軸向分量分布較簡單，沿繞組高度變化較小，徑向分量沿繞組高度分布復(fù)雜，由他引起渦流損耗分布很不均勻，且隨變壓器的容量變化而變化，不僅隨繞組的軸向高度變化，也隨繞組的徑向尺寸變化，尤其在端部變化大。

短接銅排不是焊接根部和上下節(jié)連接螺栓處，雖然接地電流較大，但是發(fā)熱部位的相對溫差很小，因此不影響變壓器絕緣油和密封墊的性能，無需處理，繼續(xù)加強跟蹤監(jiān)測。

2.2 分析案例2

案例2中發(fā)熱部位在鐘罩上下短接銅排的螺栓上，并且相對溫差較大，長期熱效應(yīng)將加速鐘罩密封墊的老化，并且會影響到變壓器油的性能。

1）疑似螺栓安裝不緊、變壓器漏磁在螺栓上產(chǎn)生渦流導(dǎo)致過熱，是因為螺栓與法蘭污垢接觸不良而引起的。但松脫過熱螺栓的螺帽后，測得該螺栓溫度下降，排除疑似。

2）緊固螺栓后，螺栓外接短路電流仍過大并有發(fā)熱現(xiàn)象，由于變壓器繞組電流和引線電流在結(jié)構(gòu)件中產(chǎn)生的漏磁造成渦流發(fā)熱所致。分析認(rèn)為運行中的變壓器漏磁在變壓器鐘罩表面感應(yīng)出較大的電流，正常時此電流通過變壓器鐘罩螺栓、變壓器底座、接地銅排泄放至大地。此時，越是緊固螺栓接地電阻越小，通過的泄放電流就越大，發(fā)熱就越嚴(yán)重。反之，則較輕。

3）通過上述測試分析確定鐘罩上下短接銅牌的螺栓發(fā)熱現(xiàn)象，是由于變壓器自身的漏磁對箱壁的銅屏蔽形成渦流影響造成的，進而引起局部過熱。

3 處理措施

1）根據(jù)以上分析，由于變壓器仍在運行，因此采取在發(fā)熱較嚴(yán)重的螺栓附近增加跨接短路銅排的數(shù)量，在短路片的材質(zhì)選擇上要選擇導(dǎo)電性能較好的銅，并且要有足夠的載流截面，以增加螺栓的散熱面并起到較好的分流效果。處理后的跨接短路銅排的數(shù)量由1個增加為3個（見圖7），增加后測得接地電流為191A，電流明顯減小。

圖7 增加后鐘罩外跨短接銅排

2）對連接螺栓部位進行清污處理，并涂抹增加導(dǎo)電性和防氧化性的電力脂重新緊固。

處理后用紅外測溫議進行溫度檢測，最高溫度40℃，相鄰銅排為 39℃，環(huán)境溫度 22℃，經(jīng)過 10天的跟蹤監(jiān)測溫度比較穩(wěn)定，相對溫差很小，不足以引起密封墊老化，影響設(shè)備健康運行的因素。

4 結(jié)論

通過上述變壓器鐘罩螺栓過熱的發(fā)現(xiàn)和處理，警示變電站應(yīng)重視以下事項：

1）定期監(jiān)測鐘罩外跨短路銅排電流的變化情況，同時結(jié)合紅外測溫儀進行溫度監(jiān)測。

2）檢查鐘罩連接螺栓，將連接處的接觸面處理干凈，連接牢固。

3）在溫度較高的螺栓旁邊增加外跨短路環(huán)，將螺栓上、下短接，減少過熱螺栓上流過的電流，使溫度降低。

4）當(dāng)鐘罩螺栓外跨接短路環(huán)電流過大時，可采用案例1的做法，在變壓器停電時在變壓器箱壁外引接地銅排，不經(jīng)過鐘罩螺栓，避免發(fā)熱引起密封墊老化。

5）當(dāng)鐘罩螺栓外跨短路環(huán)電流過大有發(fā)熱現(xiàn)象時，要結(jié)合油化色譜分析，當(dāng)油色譜正常時可以繼續(xù)運行，注意跟蹤監(jiān)測。

6）在加裝變壓器鐘罩外跨短路環(huán)時，一定要注意材料的選擇，最好是導(dǎo)電性能料好的銅。

7）電流過大的根本解決辦法只有對變壓器大修時吊罩對油箱壁的磁屏蔽進行處理。

[1] 陳化鋼.電力設(shè)備事故處理手冊[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)出版社,2004.

[2] 郭清海.變壓器檢修[M].北京：中國電力出版社, 2005.

[3] 楊永懷.變壓器鐘罩螺栓過熱原因分析及處理[J].電力安全技術(shù),45.

[4] 董其國.電力變壓器故障與診斷[M].北京：中國電力出版社,2002.