高壓電抗器箱沿螺栓過熱問題分析及處理

張少鵬 王團(tuán)結(jié) 郭 沛 楊志龍

高壓電抗器箱沿螺栓過熱問題分析及處理

張少鵬 王團(tuán)結(jié) 郭 沛 楊志龍

（西安熱工研究院有限公司，西安 710054）

高壓電抗器箱沿螺栓過熱是威脅電抗器安全運(yùn)行的因素之一。本文分析了引起電抗器箱沿螺栓過熱問題的可能原因，通過對(duì)某海上風(fēng)電場(chǎng)海上升壓站電抗器箱沿螺栓過熱實(shí)例的分析，正確判斷出螺栓過熱的原因并提出有效的解決方案，消除了螺栓過熱的問題，最后總結(jié)了類似變壓器、電抗器箱沿螺栓過熱問題的處理方法。

電抗器；箱沿螺栓；漏磁；渦流

0 引言

大型海上風(fēng)電場(chǎng)通過長(zhǎng)距離海纜接入電網(wǎng)，空載時(shí)容易引起海纜末端電壓過高造成海纜供電損耗大、同期困難，輕載時(shí)容易使線路首端電壓高于電源電勢(shì)造成工頻過電壓，因此在海纜末端安裝并聯(lián)電抗器可改善長(zhǎng)距離海纜上的電壓分布[1]。運(yùn)行中的電抗器箱沿螺栓發(fā)熱，其熱量會(huì)傳遞到箱沿與密封圈上，一方面會(huì)造成局部密封圈老化從而造成漏油，另一方面會(huì)促進(jìn)電抗器油分解，產(chǎn)生氣體，引起瓦斯或者壓力釋放閥保護(hù)動(dòng)作，迫使高壓電抗器退出運(yùn)行，影響電網(wǎng)可靠運(yùn)行。

1 箱沿螺栓發(fā)熱現(xiàn)象

某海上風(fēng)電場(chǎng)海上升壓站2號(hào)電抗器是沈陽特變生產(chǎn)，型號(hào)BKS—70000/220，容量70 000kvar，額定電壓230kV，額定電流176A，聯(lián)接組標(biāo)號(hào)YN，制造日期2019年7月。

在帶電初期巡檢時(shí)，用紅外測(cè)試儀發(fā)現(xiàn)電抗器中性點(diǎn)側(cè)靠近B相有兩顆油箱連接螺栓溫度分別為112℃（1號(hào)超溫螺栓）、111℃（2號(hào)超溫螺栓），其余螺栓溫度分布大致在50℃，1號(hào)超溫螺栓紅外熱成像如圖1所示，兩顆超溫螺栓位置如圖2所示。2號(hào)電抗器滿負(fù)荷運(yùn)行，運(yùn)行電壓231.2kV，運(yùn)行電流175.1A，電抗器本體油溫1為47℃、油溫2為49℃、繞組溫度為52℃，后臺(tái)監(jiān)控監(jiān)測(cè)油溫、繞組溫度及負(fù)荷電流運(yùn)行穩(wěn)定，無緩慢增長(zhǎng)現(xiàn)象。

圖1 1號(hào)超溫螺栓紅外熱成像

圖2 中性點(diǎn)側(cè)靠近B相兩顆超溫螺栓位置

根據(jù)國(guó)家電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，電氣設(shè)備與金屬部件的連接熱點(diǎn)溫度大于110℃或≥95%時(shí)，發(fā)熱判斷為緊急缺陷[2]。如果不及時(shí)處理將會(huì)使密封膠墊局部老化，導(dǎo)致電抗器出現(xiàn)滲漏油、受潮甚至瓦斯保護(hù)動(dòng)作等問題，嚴(yán)重影響2號(hào)電抗器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 原因分析

對(duì)電抗器取油樣化驗(yàn)的結(jié)果與DL/T 722—2014《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》規(guī)程中要求的“判斷運(yùn)行設(shè)備油中溶解氣體含量注意值”對(duì)比合格[3]，由此可排除電抗器主磁回路故障引起的箱沿螺栓發(fā)熱，詳細(xì)對(duì)比結(jié)果見表1。

表1 油樣化驗(yàn)結(jié)果與規(guī)程要求對(duì)比

通過紅外成像儀進(jìn)行拍攝跟蹤、分析，基本確定螺栓過熱的根本原因是漏磁引起的環(huán)流，其產(chǎn)生的電流流過連接螺栓導(dǎo)致發(fā)熱。引起電抗器油箱與底座連接螺栓發(fā)熱的原因一般是繞組和引線漏磁產(chǎn)生較大的電流，該電流可能是短路電流或者是渦流[4]。

當(dāng)箱沿螺栓過熱是由較大的短路電流引起時(shí)，該電流可能是由于繞組或者引線漏磁（大多由于引線中的大電流產(chǎn)生的漏磁）在油箱與箱沿螺栓的回路中感應(yīng)出的環(huán)流。由于高壓電抗器油箱的上、下箱沿處在強(qiáng)磁場(chǎng)中，強(qiáng)磁場(chǎng)的磁通密度不同而使油箱的上、下箱沿感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)不同，從而產(chǎn)生電位差，此時(shí)油箱上、下箱沿通過螺栓形成導(dǎo)電回路。電抗器的漏磁分布示意圖如圖3所示。

圖3 電抗器的漏磁分布示意圖

當(dāng)箱沿螺栓過熱是由箱沿螺栓內(nèi)感應(yīng)出較大的渦流引起時(shí)，電抗器的漏磁通穿過箱沿，由于電抗器箱沿螺栓相對(duì)于周邊的空氣磁阻較小，所以大多數(shù)磁通集中通過導(dǎo)磁相對(duì)較好的箱沿螺栓，如果螺栓局部磁通密度很大就會(huì)造成渦流，該電流可能造成螺栓過熱，箱沿連接螺栓磁力線分布示意圖如圖4所示[5]。

圖4 箱沿連接螺栓磁力線分布示意圖

3 故障處理

為了解決箱沿螺栓發(fā)熱的問題，首先將發(fā)熱較為嚴(yán)重的這兩個(gè)箱沿螺栓拆除，對(duì)螺孔附近箱蓋上的油漆進(jìn)行清理打磨，然后在箱沿上下跨接一根60mm×6mm的銅排，同時(shí)將墊片1更換為絕緣墊片，將墊片2更換為導(dǎo)電率較高的銅墊片，實(shí)現(xiàn)將油箱上、下沿短接的效果，使電流從短接銅排流過，電抗器跨接短接銅排設(shè)計(jì)圖如圖5所示，電抗器跨接短接銅排實(shí)物如圖6所示。

圖5 電抗器跨接短接銅排設(shè)計(jì)圖

圖6 電抗器跨接短接銅排實(shí)物

利用鉗形電流表分別測(cè)量流過1號(hào)螺栓短接銅排的電流是14A，流過2號(hào)螺栓短接銅排的電流是39A。經(jīng)過大約12h的觀察后再次利用紅外測(cè)試儀對(duì)這兩個(gè)箱沿螺栓的溫度進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)2號(hào)螺栓的溫度已經(jīng)和其他螺栓的溫度接近，大約50℃。而1號(hào)螺栓的溫度仍然較高，大約93℃，跨接短路排12h后1號(hào)螺栓紅外熱成像如圖7所示。

圖7 跨接短路排12h后1號(hào)螺栓紅外熱成像

由此可見在增加短接銅排及更換墊片之后2號(hào)螺栓溫度過高的問題已經(jīng)解決，1號(hào)螺栓溫度仍然過高。觀察后發(fā)現(xiàn)，1號(hào)螺栓距離電抗器B相較近，可能是B相引線漏磁產(chǎn)生渦流導(dǎo)致1號(hào)螺栓過熱。

用同樣大小規(guī)格的反磁鋼螺栓替代溫度過高的1號(hào)螺栓，經(jīng)過大約12h的觀察后再次利用紅外測(cè)試儀對(duì)1號(hào)螺栓的溫度進(jìn)行測(cè)量，其溫度下降至63.2℃左右，采用反磁鋼螺栓12h后1號(hào)螺栓紅外熱成像如圖8所示。由此可見，1號(hào)螺栓內(nèi)感應(yīng)出較大的渦流造成螺栓過熱，更換成反磁鋼螺栓后，使穿過箱沿螺栓的漏磁通的大小和分布發(fā)生了變化，溫度下降比較明顯。

圖8 采用反磁鋼螺栓12h后1號(hào)螺栓紅外熱成像

停電檢修時(shí)，將整個(gè)電抗器的箱沿螺栓通過力矩扳手整體緊固，使得漏磁經(jīng)過油箱形成閉合回路后產(chǎn)生的電流均勻地從每個(gè)箱沿螺栓流過。電抗器帶電后再次利用紅外測(cè)試儀對(duì)所有箱沿螺栓的溫度進(jìn)行測(cè)量，溫度顯示基本在49～52℃左右。

4 結(jié)論

經(jīng)過此次對(duì)電抗器箱沿螺栓過熱問題的處理，總結(jié)以下處理類似問題的方法：

1）所有箱沿螺栓要經(jīng)過力矩扳手緊固，使得漏磁經(jīng)過油箱形成閉合回路后產(chǎn)生的電流均勻地從每個(gè)箱沿螺栓流過。

2）將因渦流引起過熱的螺栓更換成截面積較大的螺栓或者換以低磁鋼、反磁鋼螺栓，可以降低螺栓的磁通密度，提高散熱效果。

3）將因短路電流引起過熱的螺栓與箱沿絕緣，用導(dǎo)電率較高的銅排、銅導(dǎo)線或者硅鋼片將其短路或者接地，使短路電流通過銅排或者銅導(dǎo)線流過。類似的方法還包括在溫度較高的箱沿螺栓外側(cè)焊接導(dǎo)流件。

[1] 張清偉. 并聯(lián)電抗器在長(zhǎng)距離海纜供電中的作用[J]. 化工設(shè)計(jì)通訊, 2017, 43(9): 27.

[2] 帶電設(shè)備紅外診斷應(yīng)用規(guī)范: DL/T 664—2016[S]. 2016.

[3] 變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則: DL/T 722—2014[S]. 2014.

[4] 何敏鴻. 變壓器箱沿連接螺栓過熱原因分析與處理[J]. 黑龍江科技信息, 2008(34): 40.

[5] 陳偉博, 葉開明. 變壓器器身與底座連接螺栓發(fā)熱問題探討[J]. 電工技術(shù), 2019(9): 108-109, 118.

Analysis and treatment of overheating of bolts along the high voltage reactor tank edge

ZHANG Shaopeng WANG Tuanjie GUO Pei YANG Zhilong

(Xi’an Thermal Engineering Research Institute Co., Ltd, Xi’an 710054)

The overheating of bolts along the high voltage reactor tank edge is one of the factors that threatens the safety of reactor operation. This paper analyzes the possible causes of overheating of bolts along the reactor tank edge. Through the analysis of an example of overheating bolts along the reactor tank edge in a substation of an offshore wind farm, the cause of overheating of bolts is correctly judged and an effective solution is put forward, which finally eliminates the problem of overheating of bolts. Finally, the treatment of problems similar to overheating bolts of a transformer’s or a reactor’s tank edge is summarized.

reactor; bolts along tank edge; leakage magnetic flux; eddy current

2020-11-30

2021-01-16

張少鵬（1988—），男，陜西省西安市人，本科，工程師，主要從事高壓試驗(yàn)技術(shù)、電站調(diào)試技術(shù)和發(fā)電廠電氣部分的研究工作。