一起大型变压器低压侧升高座过热原因分析及处理

叶朋珍

(皖能铜陵发电有限公司，安徽 铜陵 244012)



一起大型变压器低压侧升高座过热原因分析及处理

叶朋珍

(皖能铜陵发电有限公司，安徽 铜陵 244012)

摘要：随着变压器容量的增大，变压器低压侧引线电流高达20～30 kA，大电流产生的漏磁场和涡流损耗导致变压器邻近的金属构件局部过热严重，影响变压器的正常稳定运行。某发电公司5号主变压器自投运以来低压侧升高座法兰盘长期超温，经过对发热原因的分析及试验，提出对法兰盘“断磁通切槽”的处理方案，在5C02检修中实行了技改，效果良好。

关键词：大型变压器；升高座法兰盘；过热；断磁通；切槽；涡流

随着电网和机组容量的不断增大，单台电力变压器的容量相应增加，低压引线电流随之增大，有的大容量变压器低压侧相电流高达20～30 kA。大电流在变压器邻近的金属结构件中产生很强的漏磁场和分布不均匀的涡流，这些涡流又对邻近的金属部件产生感应电流，形成各种杂散涡流损耗。如果设计或安装不当，极易产生局部过热，不仅影响变压器的效率和寿命，而且影响变压器的正常运行[1-3]。

变压器绕组中的磁通包括主磁通和漏磁通，当漏磁通通过低压侧套管升高座时，由于空气的导磁率较低，大量的漏磁通通过导磁较好的连接螺栓、法兰等，使导磁材料内磁通密度增大，高密度的交变磁通在螺栓、法兰盘等导磁材料中产生巨大涡流，造成螺栓、法兰盘等导磁附件严重发热，甚至烧红。此类大容量变压器局部发热问题是制造厂的技术难题，同时也是困扰运行和维护人员的难题，不易解决[4-5]。

1问题阐述

某发电公司5号主变压器(以下简称“主变”)为常州东芝变压器厂生产的型号为SFP-1140000/500的三相一体变压器，与主变和发电机连接的是江苏大全封闭母线有限公司生产的额定电压27 kV、额定电流28 kA、型号为QZFM-27/28000的离相封闭母线。

5号主变自投运后，只要环境温度大于30 ℃，负荷率达到90%，变压器低压侧V相法兰盘就过热，严重时超过130 ℃。主变法兰盘在如此高温下运行，将严重影响到变压器的安全稳定运行。

2原因分析

为了查明和解决升高座法兰盘发热问题，初步分析有以下几个影响因素：

a)封闭母线外壳短路板的大电流对铝桶和法兰盘的影响；

b)法兰盘是导磁材料，具有聚磁作用；

c)磁屏蔽不足对法兰盘的影响。

表1试验项目及结果

试验序号法兰处理状态铝桶距法兰高度/mm油箱最热点温升/K铝桶处理说明试验说明1C区域1个小槽491.6绝缘纸板垫高怀疑槽口未割穿致使法兰热点温升过高,切割后试验3再验证2C区域1个槽40561.8木块垫高铝桶抬高405mm,法兰热点温升正常3C区域1个槽491.8绝缘纸板垫高验证试验1豁口切大割穿后是否正常,试验说明割穿后法兰热点温升仍过高4C区域1个槽9575.9木块垫高验证铝桶垫高高度对法兰热点温升的影响,试验说明影响明显5C区域1个槽30063.3铝桶升高绝缘纸板封闭铝桶距法兰空间验证空气流通散热对法兰热点温升的影响,试验说明基本无影响6C区域1个槽492.2绝缘纸板垫高再次确认试验1、3的准确性,试验说明数据准确可靠7C区域1个槽4约92(短时间温升不准确)绝缘纸板垫高;8cm铝环紧贴法兰内侧围一圈欲采用铝环减小漏磁对法兰的影响,试验说明无作用8C区域1个槽4约92(短时间温升不准确)绝缘纸板垫高;高20cm三层铜皮紧贴法兰内侧围一圈欲采用铜皮减小漏磁对法兰的影响,试验说明无作用9C区域1个槽4约92(短时间温升不准确)绝缘纸板垫高;高20cm、厚10mm硅钢片紧贴法兰内侧围一圈欲采用硅钢片减小漏磁对法兰的影响,试验说明无作用10C区域1个槽4>150(短时间温升急增)绝缘纸板垫高;高20cm、厚15mm硅钢片紧贴法兰内侧围一圈欲采用硅钢片减小漏磁对法兰的影响,试验说明作用相反11C区域1个槽B区域8个槽477绝缘纸板垫高法兰过热B区域切割8个豁口,法兰热点温升明显降低12C区域1个槽B区域8个槽10062.6绝缘纸板垫高法兰过热B区域切割8个豁口并抬高铝桶,法兰热点温升继续明显降低13C区域1个槽B区域8个槽466.8绝缘纸板垫高;铝桶割3个豁口,放置时低压侧2豁口,高压侧1豁口验证割破封闭铝桶对法兰的影响,试验说明影响明显14C区域1个槽B区域8个槽469.4绝缘纸板垫高;铝桶割3个豁口,放置时低压侧1豁口,高压侧2豁口验证割破封闭铝桶放置方法对法兰的影响,试验说明影响不明显15C区域6个槽、AB区域21个槽(最终确定方案,但未试验)最终处理未试验

针对以上可能存在的问题，分别设计了多个试验项目，以验证和分析发热原因。为了更好地进行试验对比，将V相法兰盘发热区域区分为A、B、C三个区域。A、B为低压侧左右两个区域，C为高压侧发热区域，如图1所示。在试验过程中，同时将封闭母线最后一段铝桶进行了高低压侧铝桶切割的区分，如图2所示。试验项目及结果见表1。

U、V、W表示低压侧三相。图1　法兰盘分区

图2　铝桶切割示意图

从表1可以看出：试验项目1、2、3、4的结果，说明铝桶与法兰盘的距离增大，能明显降低法兰盘的温升；试验2、5对比验证了铝桶内空气流通对法兰的温度影响较小；试验项目7、8、9、10验证了分别通过增加铝、铜和硅钢片以减小漏磁对法兰盘的影响，从试验结果看，对降低温升无明显作用，且硅钢片的作用相反，能引起法兰盘温度急剧上升；通过试验项目13、14，验证了破坏铝桶的涡流回路对法兰盘温度的影响明显，而铝桶放置方向对此项试验影响不大，说明铝桶切割后不受高低压侧放置方向的影响。

通过以上试验项目，可以明确得到以下几个影响温度的因素：铝桶与法兰盘的距离；法兰B区域的割槽数；铝桶内形成的涡流导通回路。

图3为主变低压侧与封闭母线连接图。

I—电流；L—封闭母线外壳三相短路板与主变低压法兰面的距离。图3　主变低压侧与封闭母线连接图

根据以上试验过程和图3，发热原理分析如下：

图4　环流示意图

如图4所示，U、W相封闭母线外壳的电流均流向V相。在U、W两相封闭母线外壳通过短路板流向V相的电流IU、IW(IU=IW)作用下，V相封闭母线最后一段铝筒产生涡流。

IU、IW两个电流均对V相封闭母线最后一段铝筒产生影响，且影响效果是叠加的，为了便于分析问题，现假定一个电流IV对V相封闭母线最后一段铝筒产生相同的影响效果，那么IV必然大于IU、IW，且假定IV的电流方向朝向一个方向(如图5所示)。

图5　V相环流效果图

由图5可以看出，电流IV在铝筒处产生的磁场方向“由内向外”，封闭母线最后一段铝筒在此磁场作用下产生顺时针方向的涡流，正是此涡流直接导致了主变低压侧法兰面过热，且因为IV比IU、IW大，所以主变低压侧V相的法兰温度也比U、W相法兰温度高。

根据以上分析和试验可知：首先，可以通过增大封闭母线短路板与主变低压侧法兰盘的距离，减小短路板环流对铝桶的影响，从而减小法兰盘的涡流损耗；其次，改变或减小铝桶的涡流，人为破坏涡流的流通，可达到降低涡流对法兰盘的影响；再次，直接在法兰盘上进行切槽断开磁通，利用空气或环氧材料的导磁性能比铁磁材料弱的理论，可切断法兰盘的磁路，降低法兰盘聚磁涡流发热[8-12]。

3处理措施及改造效果

结合现场实际情况，在不改变封闭母线一次结构的条件下，现场采取了工作量最小、资金投入最少的方案，在主变低压侧升高座变压器侧法兰上进行了切割，将法兰盘磁通回路断开，如图6所示。法兰高压侧方向切割6个宽约10 mm的槽，法兰低压侧方向法兰盘延面切割21个宽约10 mm槽，槽内填充环氧胶水，以隔绝磁路并密封，减少磁通涡流发热。

(a)切割

(b)填充图6　磁槽切割及填充

改造后，在负荷1 038 MW、环境温度37 ℃的情况下，测量低压侧U、V、W相法兰盘温度分别为77.4 ℃、77.3 ℃、78.5 ℃。通过此次改造，变压器V相低压侧法兰盘过热的问题得到了良好的解决。

4结束语

本文结合试验结果，通过对主变低压侧升高座发热原因的分析，在变压器上实施“切槽断磁通”技改方案，解决了变压器低压侧升高座发热的问题，取得了良好的效果，为大型变压器可能出现的低压侧升高座法兰盘过热问题的处理提供了一定的借鉴，同时对大型变压器低压侧法兰盘和封闭母线的设计也有一定的参考作用。

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叶朋珍(1983)，男，安徽太湖人。工程师，工学学士，从事发电厂电气设备管理工作。

(编辑彭艳)

Reason Analysis and Solution to Overheating of Ascending Flanged Base at Low Voltage Side of Large Transformer

YE Pengzhen

(Wenergy Tongling Power Generation Co., Ltd., Tongling, Anhui 244012, China)

Abstract：With increase of transformer capacity, leading current at low voltage side of the transformer reaches to 20～30 kA, leakage magnetic field and eddy current loss caused by large current may result in serious overheating of parts of metal components near to the transformer, which may affect normal and stable operation of the transformer. Flange plate of ascending flanged base at low voltage side of No.5 transformer of some generation company is overheating in a long period. By analyzing reasons for overheating and conducting testing, processing scheme of breaking flux grooving on the flange plate is proposed. Technology improvement in 5C02 overhaul proves good effect of this scheme.

Key words：large transformer; flange plate of ascending flanged base; overheat; breaking flux; groove; eddy current

作者简介：

中图分类号：TM41

文献标志码：B

文章编号：1007-290X(2016)02-0109-04

doi:10.3969/j.issn.1007-290X.2016.02.021

收稿日期：2015-09-11修回日期：2015-10-20