220kV变压器顶盖连接螺栓发热分析与处理方法

段 彬，俞 军，李传才

（嘉兴电力局，浙江 嘉兴 314000）

变压器是电网的重要设备，其安全稳定运行直接关系到电网的供电可靠性。主变压器顶盖连接螺栓长期发热将导致：变压器绝缘油加速老化和裂解，析出气体，引起瓦斯保护动作，严重时可能造成变压器停运；长期过热将使密封胶垫损坏，在环境温度变化较大时，将引起变压器漏油；变压器油受热分解后，在油内产生悬浮物，使得油的酸度增加，分解产生的酸性物质腐蚀绕组的绝缘[1-2]。

以下针对220kV变压器顶盖连接螺栓发热问题进行分析，并提出了现场处理方法。

1 顶盖连接螺栓发热原因分析

1.1 顶盖连接螺栓发热故障

某220kV变压器，型号为OSS9-150000/220，额定电流393.6 A，2008年7月投入运行。2011年7月20日，运行日志报变压器本体大盖与箱体接地连接处螺丝发热，红外测得最高温度70.3℃，其他部位无异常。发热部位如图1所示。

图1 发热点位置

1.2 顶盖连接螺栓发热原因分析

在励磁磁势F0作用下，铁心内产生的磁通分为两部分，主磁通以闭合铁心为路径，同时与一次绕组N1和二次绕组N2相匝链，并在2个绕组中产生磁电动势E1和E2。另一部分磁通仅仅与一次绕组相匝链，通过非磁性介质（油或空气）形成闭合回路，称为漏磁通Φ1tσ。漏磁通将产生漏感电动势 E1tσ，其有效值为 4.44fN1Φ1tσ。 变压器的频率、匝数都为定值，漏感电动势的大小仅取决于漏磁通的幅值Φ1tσ的大小[3-4]。漏感电动势可用一次绕组漏抗压降的形式表示，即：

式中：X1σ为一次绕组漏电抗；I0为励磁电流。

漏磁通会引起涡流损耗以及在连接螺杆、夹件、油箱壁等处由于磁通密度分布不均而产生的附加损耗，是引起顶盖连接螺栓发热的根本原因。

漏磁场经过油箱壁形成闭合回路，当漏磁通在经过顶盖和油箱壁边缘时，由于空气的磁阻大，大量的漏磁通通过导磁性较好的连接螺栓，使得螺杆内磁通密度很高，并在螺杆中感应出较大的涡电流，引起顶盖连接螺栓发热。

1.3 缺陷处理建议

对于解决顶盖连接螺栓的发热问题，文献[1]和[2]中均提出了一些处理建议。主要有：

（1）以硅钢片充填上、下箱沿的空隙以降低螺栓内磁通密度，或换以低磁钢、反磁钢螺栓。

（2）在油箱中增加磁屏蔽，让漏磁通尽可能地通过导磁性能好的磁屏蔽装置。

（3）在大电流引线附近的油箱内加装电屏蔽，让电屏蔽装置产生的涡流使得漏磁场重新分配，从而减少传入油箱的漏磁通。

考虑到顶盖连接螺栓发热缺陷的处理工作应尽可能在不停电的情况下进行，同时考虑该变压器内部已采用磁屏蔽、连接螺栓为反磁钢螺栓，并已采用连接片扁铁进行了分流，故未选择采用加装硅钢片、增加磁屏蔽和电屏蔽等改变漏磁场来降低螺栓发热的措施，主要从加强绝缘和引流两个方面来处理发热缺陷。

2 处理过程

2.1 变压器运行电流对螺栓发热的影响

变压器运行电流对顶盖连接螺栓发热影响较大，变压器发热点俯视图见图2。当变压器运行电流由270 A减为240 A时，位置1处温度降低了6.4℃；位置2处短接扁铁的电流减少了8.3 A，温度降低了6.4℃。而此时已将位置1处顶盖与油箱的短接扁铁拆除，使得顶盖与油箱之间的并联回路减少，分流作用减弱，但测得的发热点温度反而降低。这说明变压器运行电流对顶盖连接螺栓发热的影响远大于顶盖与油箱短接片的分流作用。

图2 变压器发热点俯视图

2.2 将连接螺栓与顶盖和油箱壁绝缘能有效降低螺栓发热

如果能使得连接螺栓与顶盖和油箱绝缘，这样尽管顶盖与油箱壁之间存在漏磁感应电位差，但无闭合回路形成不了电流，将在很大程度上降低螺栓的发热。将螺栓的上、下部分均分别与顶盖和油箱壁绝缘，用钳型电流表测量此时流过铜排的感应电流，发现由原来的70.4 A增加到107.3 A，可以估算出流过螺栓的感应电流占到此处顶盖总感应电流的34.4%。这说明连接螺栓在未与顶盖和油箱壁绝缘的情况下流过的感应电流很大。

在工作现场，采用绝缘垫片将螺栓分别与顶盖和油箱壁绝缘，发现发热点1处的螺栓温度立刻下降了12.3℃；同时，其旁边2颗螺栓的温度均未见升高。

由于厂家配置的连接片和螺栓无法实现顶盖与连接螺栓绝缘的同时保证连接片的通流功能，故只能通过顶盖采用铜排接地的方式。

2.3 将顶盖在发热螺栓处直接接地对降低螺栓发热有一定的帮助

采用铜排将顶盖的感应电流直接引入接地网，使得螺栓并联回路的电流由原来的442 A降低到70.4 A（顶盖直接接地时铜排上的电流）。在安装过程中，发现螺栓的连接处有火花，这说明顶盖和油箱壁在漏磁场的作用下，均有一定的悬浮电位。这也从另一个角度上说明了将顶盖直接用铜排接地的必要性。在现场取消了与螺栓并联的连接片，用50 mm×5 mm的铜排将上顶盖直接接入接地网，如图3和图4所示。

经过增加绝缘垫片和将顶盖直接接地处理后，对发热位置1和发热位置2处的温度进行了红外测温，发现位置1和位置2处的螺栓发热情况等到良好的改善，同时，也未出现发热点转移的现象，这说明上述处理措施行之有效。

图3 改造后的现场顶盖接地情况

图4 接地铜排与顶盖的连接

3 结论

变压器顶盖连接螺栓发热问题对变压器长期稳定运行有着较大的影响。磁通密度不同使得顶盖和油箱壁的感应电势间存在着电位差，是造成顶盖连接螺栓发热的主要原因。通过在连接螺栓与顶盖和油箱壁之间增加绝缘垫片和将顶盖直接接地处理，能有效解决顶盖连接螺栓的发热问题。对其他的几起110kV变压器底部连接螺栓发热问题，采取了上述处理方法，均取得了很好的效果。但是，尚有以下2个方面需要进一步的完善。

（1）绝缘垫片未有标准件，现场所采用的绝缘垫片是临时用塑料片制作的，宜采用标准的绝缘套和绝缘垫片，应考虑环境因素如湿度、温度对绝缘垫片老化的影响。

（2）从图3可以看出，上顶盖距离地面的距离超过3 m，接地铜排竖直长度过长，而中间没有固定点。运行中，受到风力的影响会发生晃动和产生响声，应给予加固。

[1]李家然.主变压器连接螺栓发热原因及其处理措施分析[J].科协论坛，2010（12）∶14.

[2]何敏鸿.变压器箱沿连接螺栓过热原因分析及处理[J].黑龙江科技信息，2008（34）∶40.

[3]陈敢峰.变压器检修[M].北京：中国水利水电出版社，2005.

[4]王正茂，阎治安.电机学[M].西安：西安交通大学出版社，2000.