500kV变压器低压套管升高座发热分析与措施

夏成钰，封 硕

(国电泰州发电有限公司，江苏 泰州 225327)

0 引言

泰州电厂扩建工程的2台1000MW超超临界二次再热机组均采用发变组单元接线，以500kV电压接入系统。发电机出口设断路器，主变型号为SFP-1140MVA/500kV，三相强迫油循环风冷，无载调压低损耗升压变压器，运行条件为在绕组平均温升≤60K时连续额定容量，平均最大环境温度为40℃。主变压器与发电机用离相封闭母线相连接。变压器温升限值要求如表1所示。

表1 变压器温升限值 K

对配套百万级发电机组的该型号变压器进行了收资调研，目前已投运的5台该型500kV三相一体主变有3台变压器低压侧B相套管升高座在运行中温升超标，一般在73K～90K之间，夏季最高点温度接近130℃，给这些电厂配套机组的安全运行带来隐患。

为避免类似问题在泰州电厂扩建机组配套的2台主变发生，我们在主变制造前的设计阶段就组织设计、实验和配套封母厂家的人员进行分析，研究处理预案，通过实验室模拟实测从而甄别每个预案的有效性，最终制定出解决该型变压器低压侧B相套管升高座温升超标问题的措施。

1 分析论证

通过技术调研了解，并对变压器低压侧套管升高座与封闭母线连接处的连接情况进行了分析，其结构如图1所示。变压器低压侧升高座法兰里是一个垂直于法兰平面的套管，机组运行时有交流电流通过，如图1所示，图中L代表封母外壳三相短路板与主变低压法兰面间的距离。

图1 变压器低压侧套管升高座与封闭母线连接

根据电磁理论，交流电流通过会在导体周围会产生磁场。机组负荷越大，电流越大，磁场越强，距离导体越近磁感应强度越大。故分析认为造成变压器低压侧套管升高座温升超标可能有以下几种原因：

(1)变压器低压侧套管里导体流过交流电流在封闭母线外壳上产生感应电流，由于法兰及螺栓接触电阻大，导致发热严重；

(2)变压器低压侧的磁场在套管升高座法兰上形成涡流，并集中在升高座法兰平面上产生热效应；

(3)封闭母线与变压器低压套管升高座法兰间有间隙产生漏磁现象，并在B相周围叠加，导致B相温度最高。

2 处理预案

根据以上初步分析，为解决变压器低压侧套管升高座温升超标问题，我们设计了几种处理预案：

(1)增加封闭母线短路排与变压器低压套管升高座之间的距离，以减少短路排上感应电流形成的磁场对低压升高座法兰的影响。

(2)将封闭母线最后一节铝筒割破以减少铝桶环流产生的磁场对低压升高座法兰发热的影响。

(3)在变压器低压套管升高座法兰面开槽以隔绝磁路对法兰涡流的影响。

(4)在变压器低压套管升高座法兰内侧放置磁屏蔽材料以减小漏磁对法兰的影响。

3 方案确定

该型SFP-1140MVA/500kV三相强迫油循环风冷、无载调压低损耗升压变压器的过热区域主要集中在低压B相套管与封闭母线连接的法兰处。

为了便于论证分析，我们将变压器低压套管升高座法兰过热区域分别标注为A、B、C三片区域，如图2所示。制作了3只铝桶模拟现场与变压器低压套管连接的最后一节封闭母线，与变压器厂合作，利用该厂的一台同型号变压器搭建了试验平台，对处理预案进行逐一验证。

图2 变压器低压B相套管A、B、C三片主要过热区域

通过对每次试验中实测的环境温度、油顶温度、最热点温度等数据，计算出油箱最热点温升K值。对试验数据和最热点温升计算结果进行统计，并与试验情况对比，对照表见表2。

表2 试验数据与试验情况对照

法兰处理铝桶距法兰/mm最热点温升/K铝桶处理试验情况C区1个小槽491.6绝缘纸板垫高怀疑槽口未割穿致使温升过高C区1个槽491.8绝缘纸板垫高说明割穿后温升仍过高C区1个槽9575.9木块垫高验证铝桶垫高度对温升影响明显C区1个槽477绝缘纸板垫高温升明显降低B区8个槽C区1个槽10062.6绝缘纸板垫高温升继续明显降低B区8个槽

4 论证分析

通过以上试验和对比分析，明确了造成该型变压器低压升高座法兰发热的主要原因如下：

(1)当机组带负荷后，封闭母线外壳三相短路板间将有大电流“I”通过，如图4所示O。

(2)在A、C两相封母外壳通过短路板流向B相的电流(IA、IC，且IA=IC)作用下，B相封母最后一段铝筒产生涡流，如图3所示。

(3)因电流IA、电流IC均对B相封母最后一段铝筒产生影响，且影响效果是叠加的，所以为了便于分析问题，我们假定一个电流IB对B相封母最后一段铝筒产生相同的影响效果，那么IB必然大于IA、IC，且假定IB的电流方向，如图5所示。

图3 封母外壳电流流向示意

图4 B相封母最后一段铝筒上产生的涡流示意

图5 B相封母最后一段铝筒涡流方向示意

从图5可以看出，电流IB在铝筒处产生的磁场方向“由内向外”。封母最后一段铝筒在此磁场作用下将产生顺时针方向的涡流。正是因为此涡流直接导致了主变低压法兰面的过热，且因为IB比IA、IC大，所以主变低压B相的法兰也比A、C相热。封母最后一段铝筒离主变低压法兰面越远，主变低压法兰面温升会越小。

5 处理措施及运行效果

基于以上论证分析，我们最终制定出我厂扩建新增的2台主变防止运行后发生低压侧B相套管升高座温升超标的处理措施。

(1)增加封闭母线短路排与变压器低压套管升高座之间的距离，以减少短路排上感应电流形成的磁场对低压升高座法兰的影响。

(2)在变压器低压套管升高座法兰面开槽(C区域3个槽、AB区域21个槽)以隔绝磁路对法兰涡流的影响。

(3)在变压器低压套管升高座法兰与封闭母线法兰间隔入绝缘垫和绝缘套筒，使封闭母线与变压器低压升高座上下不导通，防止封闭母线的感应电流流入变压器侧导致发热。

(4)将封闭母线最后一节铝筒对分并在中间加装绝缘垫以隔绝铝筒径向环流所产生的磁场对低压升高座法兰发热的影响。

在我厂扩建的2台主变压器落实了上述措施后，运行中取得了良好的实际效果，变压器B相低压升高座最热点温升仅50K左右，优于设计值。

6 结语

该型变压器的部分用户陆续采用类似于我们制定的防止变压器低压侧升高座温升超标的处理措施进行了改造，均取得了明显的效果，说明该措施是有效的。但是，该措施某种程度上破坏了低压侧升高座的整体架构，封母最后一节铝筒对分也增加了低压侧套管升高座进水的机会，给今后设备的运行、维护和检修均造成不便。故我们认为将该型变压器低压侧升高座上的法兰材质更换为非导磁材料是比较彻底的处理办法，但限于该型变压器结构、工艺设计和制造成本等因素目前暂无法实现。因此，建议在今后运行中继续加强对该型变压器B相套管升高座发热等情况的跟踪检查。