三裂解整流變壓器改造提高抗短路能力

張 勇，林鵬飛，楊 斌

(1.日照鋼鐵有限公司，山東 日照 276806，2.西安西無(wú)二電子信息集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710082)

0 前言

三裂解傳動(dòng)整流變壓器應(yīng)用于交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，用一臺(tái)三裂解傳動(dòng)整流變壓器替代三臺(tái)普通雙繞組傳動(dòng)整流變壓器，具有占地面積小、維護(hù)工作量低、損耗低、投資小等優(yōu)點(diǎn)，因此在鋼鐵行業(yè)廣泛應(yīng)用。作為主傳動(dòng)整流變壓器應(yīng)能承受長(zhǎng)時(shí)間軋鋼沖擊過(guò)負(fù)荷，如果變壓器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)不合理，會(huì)造成內(nèi)部變壓器線圈發(fā)生嚴(yán)重變形，抗二次側(cè)短路能力降低，運(yùn)行中或送電瞬間易發(fā)生變壓器損壞事故，如果沒(méi)有備用變壓器投入運(yùn)行，對(duì)生產(chǎn)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。

1 故障情況

近期，日照鋼鐵1 580帶鋼廠選用的某廠生產(chǎn)的變壓器頻發(fā)故障，對(duì)生產(chǎn)造成了很大的損失。經(jīng)檢查，發(fā)現(xiàn)該系列產(chǎn)品故障現(xiàn)象基本相似，主要是線圈燒毀、變形，部分產(chǎn)品壓緊線圈用壓板損壞，經(jīng)初步分析，該現(xiàn)象表明變壓器抗短路能力不夠，當(dāng)頻繁受到?jīng)_擊后，繞組發(fā)生變形，嚴(yán)重時(shí)損壞繞組引線絕緣，引起匝間短路，燒毀線圈。圖1～圖4為不同型號(hào)變壓器吊心后的損壞情況。

2 故障分析

為了降低變壓器事故率，決定對(duì)該系列產(chǎn)品全部進(jìn)行改造，該變壓器基本參數(shù)如下。

產(chǎn)品型號(hào) ZSF3F-12000/35

聯(lián)接組別 Dy11y11y11

電壓 35000/1150V

阻抗電壓 8.07%

空載電流 0.34%

空載損耗 9.11 kW

實(shí)際測(cè)量空載損耗 12.626 kW

高壓對(duì)低壓分裂阻抗 6.42%

高壓對(duì)低壓總阻抗 7.93%

從實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)可知，空載損耗值高于用戶提供數(shù)據(jù)，阻抗值對(duì)應(yīng)高壓對(duì)低壓總阻抗值，實(shí)際測(cè)量值低于8.07%，使變壓器抗短路能力降低。

原變壓器高壓繞組為餅式結(jié)構(gòu)內(nèi)線圈，低壓繞組為外線圈，多路連續(xù)式結(jié)構(gòu)。

按原變壓器參數(shù)及結(jié)構(gòu)對(duì)變壓器進(jìn)行受力分析，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 短路時(shí)受力計(jì)算結(jié)果Tab.1 Calculated results of stress when short circuit

所計(jì)算的短路時(shí)受力處在允許范圍內(nèi)，但是數(shù)值較大，變壓器在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中會(huì)受到頻繁性、周期性負(fù)荷沖擊情況下，不可避免的會(huì)對(duì)繞組造成一定的損傷，日積月累，損傷加大，最終造成變壓器事故，影響變壓器使用壽命。

對(duì)于變壓器內(nèi)線圈來(lái)說(shuō)，會(huì)受到向內(nèi)收縮的短路力，外線圈受到向外的短路力，由于產(chǎn)品容量關(guān)系，高壓線圈線規(guī)相對(duì)于低壓線規(guī)小，承受短路力能力相對(duì)于低壓線圈差。如果作為高壓做為內(nèi)線圈使用，由于撐條存在，致使兩撐條跨度之間的導(dǎo)線在徑向作用力的情況下，還會(huì)產(chǎn)生彎曲力，其相對(duì)于低壓線圈作為內(nèi)線圈變形會(huì)更嚴(yán)重。

3 改造方案

3.1 參數(shù)及線圈布置調(diào)整

根據(jù)三裂解變壓器運(yùn)行特點(diǎn)，決定提高變壓器阻抗值，以提高變壓器抗短路能力。改造后變壓器阻抗提高到9%，輸出電壓由1.15 kV變更為1.18 kV。低壓壓線圈改為餅式結(jié)構(gòu)，做為內(nèi)線圈 (靠近鐵心)，并繞制在硬紙筒上;高壓線圈采用餅式結(jié)構(gòu)，為外線圈;根據(jù)電網(wǎng)的供電情況，網(wǎng)側(cè)電壓波動(dòng)不大，決定取消分接開(kāi)關(guān)(可使繞組安匝分布更加合理)。高低壓線圈均采用半硬線繞制，提高導(dǎo)線應(yīng)力和線圈抗短路能力。

為減小沖擊對(duì)內(nèi)線圈的影響，決定增加撐條根數(shù)，減小繞組引線在圓周上撐條之間的跨度，增大引線與墊塊的接觸面積，使繞組抗短路能力提高。

對(duì)改造后的變壓器進(jìn)行受力分析，短路力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 短路力計(jì)算結(jié)果Tab.2 Calculated results of stress caused by short circuit

改造后，變壓器抗短路能力有很大提高，降低減小因繞組受沖擊而引起的事故率，延長(zhǎng)變壓器的使用壽命。

3.2 引線夾持

為了降低引線漏磁場(chǎng)，減小引線產(chǎn)生的附加損耗，要求引線間距越近越好。而從引線運(yùn)行時(shí)受力情況來(lái)說(shuō)，則要求引線間距越大越好。一般大截面的銅母線彼此間靠的很近，在變壓器短路時(shí)產(chǎn)生很大的機(jī)械力;變壓器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)途運(yùn)輸，運(yùn)行中的各種過(guò)電壓，以及電網(wǎng)事故短路電流的沖擊作用之后，要保證引線有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，在變壓器運(yùn)行期限內(nèi)保證引線之間的相對(duì)位置基本不變，所以要求有足夠可靠的夾持，原產(chǎn)品低壓引線除上部外幾乎沒(méi)有加持，當(dāng)受到較大的沖擊時(shí)，可能造成引線變形或線間短路，還可能引起繞組損壞，造成變壓器事故的發(fā)生。因此，在對(duì)變壓器進(jìn)行改造時(shí)，對(duì)引線部位進(jìn)行了可靠的夾持，避免由于引線問(wèn)題而引起的事故。

3.3 器身用壓板

器身壓板作為連接器身與夾件的部件，必須有足夠的強(qiáng)度和剛度，保證變壓器受到?jīng)_擊時(shí)，由于繞組作用在壓板上的軸向力不損壞;可以考慮將壓釘與壓板接觸部位相當(dāng)于一個(gè)點(diǎn)受力(器身受到?jīng)_擊時(shí)壓釘對(duì)于壓板的反作用力)，而壓板其余部位受到向上的力，如果剛度不夠容易損壞，修理前壓板厚度35 mm，修理后壓板厚度為50 mm。

4 結(jié)束語(yǔ)

投入運(yùn)行后效果比較理想，因此對(duì)于變壓器制造廠來(lái)說(shuō)，要充分考慮變壓器用戶的使用情況，滿足用戶提出的參數(shù)要求，對(duì)于短路阻抗值最好取正偏差，雖然會(huì)增加變壓器的制造成本，卻能有效的提高變壓器抗短路能力。

三裂解傳動(dòng)整流變壓器作為交流變頻調(diào)速系統(tǒng)中的重要組成部分，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有至關(guān)重要的影響，尤其是鋼鐵企業(yè)，工作負(fù)荷大，工況惡劣，要定期對(duì)變壓器進(jìn)行檢修，例如油樣分析、短路阻抗測(cè)量或測(cè)量繞組變形等，提前了解變壓器運(yùn)行情況，了解變壓器是否帶傷運(yùn)行，及時(shí)對(duì)發(fā)生的問(wèn)題進(jìn)行處理，避免問(wèn)題的擴(kuò)大化，降低事故率。

［1］ 吉亞民，張霽．變壓器承受短路能力核算和繞組變形測(cè)試 ［J］．變壓器，2008(3)．

［2］ 王夢(mèng)云．110kV及以上變壓器事故統(tǒng)計(jì)分析［J］．供用電，2006，23(1):1－5．

［3］ 王夢(mèng)云．2002－2003年國(guó)家電網(wǎng)公司系統(tǒng)變壓器類設(shè)備事故統(tǒng)計(jì)與分析 (一) ［J］．電力設(shè)備，2004，5(10):20－26．

［4］ 陳曾田．電力變壓器保護(hù) ［M］．北京:中國(guó)電力出版社，1989．