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(yè)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(wǎng)的安全運行，具有十分重要的現(xiàn)實意義。大型自耦變壓器中上下鐵軛表面用金屬薄膜紙經(jīng)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(yè)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(wǎng)的安全運行，具有十分重要的現(xiàn)實意義。在實際生產(chǎn)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(jīng)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(fā)生多次屏蔽板損壞的故障，不利于電網(wǎng)系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)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(tài)，因為其在里面“看不到、摸不著”。電力系統(tǒng)平時的維護和巡檢過程中，無法探知屏蔽板的真實狀態(tài)。要想獲得屏蔽板的真正狀態(tài)，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(wǎng)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(fā)現(xiàn)異常。色譜檢測過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，油有產(chǎn)氣現(xiàn)象。經(jīng)過局部放電定位，檢查人員發(fā)現(xiàn)油箱低壓側的屏蔽板出現(xiàn)問題。屏蔽板中銅帶和金屬薄紙焊接過程中出現(xiàn)質量問題，造成此處發(fā)生嚴重的放電現(xiàn)象。廠家重新加工制作屏蔽板，用整條長金屬薄紙?zhí)娲B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(wǎng)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(fā)現(xiàn)異常。局部放電實驗過程中，發(fā)現(xiàn)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(xiàn)場條件的制約，試驗效果不盡理想。經(jīng)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(xiàn)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(fā)回原生產(chǎn)廠家進行維護和檢修。檢修過程中，檢修人員發(fā)現(xiàn)位于下鐵軛屏蔽板的9-11條金屬薄膜紙和銅帶焊接處發(fā)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(jù)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(jīng)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(xiàn)氣泡、金屬膜出現(xiàn)分層等異?，F(xiàn)象。這些異?，F(xiàn)象，不利于電網(wǎng)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(chǎn)品質量。

吸收同行業(yè)諸如西門子的先進制造技術，優(yōu)化改進屏蔽板的結構形式。具體優(yōu)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(jù)需要屏蔽的范圍來設定半導電紙的形狀和大小。經(jīng)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(chǎn)生，進而不會使得變壓器屏蔽板因短路產(chǎn)生過熱現(xiàn)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(wǎng)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(yōu)點：

（1）加工質量好。改進之后的屏蔽板在加工過程中，發(fā)生半導電紙斷裂的幾率低，也就不會出現(xiàn)氣泡、分層和斷裂的現(xiàn)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(jié)省了大量的人力和物力。

（3）制造成本降低。投資節(jié)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(yè)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(wǎng)的安全運行，具有十分重要的現(xiàn)實意義。在實際生產(chǎn)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(jīng)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(fā)生多次屏蔽板損壞的故障，不利于電網(wǎng)系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)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(shù)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(yè)出版社，2009：18-36.