變壓器連接螺栓發(fā)熱原因及其處理措施

分析摘要：主變壓器是電網(wǎng)的重要設(shè)備之一，擔負著電網(wǎng)輸送電能的任務(wù)。當主變壓器上下鐘罩連接螺栓出現(xiàn)大面積過熱時，將會導致變壓器絕緣油加速老化和裂解，產(chǎn)生大量的氣體，引起瓦斯保護動作，嚴重時可能造成主變壓器停運而致使整臺機組停運，這極大地影響了主變壓器及電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。本文分析了變壓器上下鐘罩連接螺栓發(fā)熱的原因，提出了具體的處理措施，并進行了實施。在實際運行中已取得了良好效果，保證了變壓器的安全隱定運行。關(guān)鍵詞：變壓器；發(fā)熱；原因；處理措施電力變壓器是電力系統(tǒng)中的核心設(shè)備，其安全穩(wěn)定運行直接關(guān)系到電網(wǎng)的供電可靠性。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大以及變壓器容量的不斷增加，變壓器故障帶來的損失越來越大。變壓器故障的類型很多，其中過熱是常見的多發(fā)性故障，對變壓器的安全運行構(gòu)成了嚴重威脅。1變壓器連接螺栓發(fā)熱情況變壓器是電網(wǎng)運行中的主要設(shè)備，其穩(wěn)定運行是電網(wǎng)可靠供電的重要保障。電力變壓器一側(cè)繞組與三相正弦交流電源接通后，鐵心內(nèi)就會產(chǎn)生磁通，一、二次繞組通過鐵心相交鏈的磁通叫做主磁通。變壓器負載運行時，變壓器內(nèi)除了主磁通外，還存在漏磁通。漏磁通僅與一個繞組交鏈且主要通過變壓器油或油箱壁閉合。負載電流的大小決定了漏磁場的大小，漏磁場的大小及分布規(guī)律決定著變壓器繞組和金屬結(jié)構(gòu)件中渦流損耗的大小，并在很大程度上決定著繞組和變壓器其它部件的溫升。1.1發(fā)熱特點1.1.1發(fā)熱部位均在變壓器低壓側(cè)變壓器的鐵芯結(jié)構(gòu)為三芯五柱式，這種設(shè)計決定了器身扁側(cè)油箱壁承受的漏磁通較大，由于部分漏磁通沿油箱壁閉合，因此，在油箱內(nèi)將會引起附加的渦流損耗，使油箱局部過熱，加之低壓引出線在器身一邊且引線位置較低，故變壓器電源進線側(cè)較高側(cè)油箱壁承受的漏磁通密度大，再加上變壓器器身內(nèi)部的磁屏蔽裝置與下鐘罩結(jié)合不好或設(shè)置不合理，造成其低壓側(cè)局部漏磁場過強，分布不均勻，所以發(fā)熱螺栓多集中于低壓器。1.1.2變壓器高溫點多位于彈墊處變壓器局部高溫螺桿由于受到本體加強筋限制，其螺帽不能與本體有效接觸，通過用紅外成像測溫儀檢查，發(fā)現(xiàn)其高溫點多位于彈墊處。1.1.3發(fā)熱螺桿溫度變化隨機組負荷增減明顯負荷高，溫度就高；反之，負荷低，溫度也隨之降低變壓器的鐵芯都是用高導磁材料硅鋼片制成，鐵芯存在磁飽和現(xiàn)象，當機組負荷增加時，使鐵芯過飽和引起磁通溢出，因而引起漏磁通增加，漏磁通在連接螺桿、油箱壁等處產(chǎn)生的渦流損耗也隨之增大，螺桿溫度也隨之升高；反之，當機組負荷降低時，漏磁通降低，螺桿等處的渦流損耗也隨之減小，螺桿溫度也隨之降低。1.2發(fā)熱危害（1） 當變壓器上下鐘罩連接螺桿局部出現(xiàn)嚴重過熱，甚至燒紅現(xiàn)象時，將造成密封膠墊被燒壞，在環(huán)境溫度變化較大時，將引起變壓器漏油，使變壓器的絕緣和冷卻效果降低。（2） 變壓器上下鐘罩局部過熱，往往伴隨著局部油溫的升高，此時變壓器絕緣油會因局部過熱而老化分解，析出氣體，引起瓦斯保護動作，嚴重時可能迫使設(shè)備退出運行。尤其是變壓器，發(fā)熱嚴重將造成整臺機組的被迫停運，嚴重影響著發(fā)電廠以及電力系統(tǒng)的安全運行。（3） 變壓器油受熱分解后，在油內(nèi)產(chǎn)生懸浮物，同時油的酸度增加。分解產(chǎn)生的酸性物質(zhì)腐蝕繞組的絕緣，產(chǎn)生的油泥將積附在繞組的鐵芯表面上，阻礙散熱并阻塞油道，使繞組絕緣強度下降，有可能使繞組絕緣被擊穿，而使變壓器損壞。（4）變壓器油受熱分解產(chǎn)生大量的氣體，使油箱內(nèi)壓力增大，可能會使油箱局部變形。2變壓器上下鐘罩連接螺栓發(fā)熱原因分析（1） 變壓器當三相不對稱負荷增大時，變壓器的漏磁通會增大而漏磁通的路徑主要是經(jīng)繞組、油及油箱壁等結(jié)構(gòu)部件，再回到每相鐵芯柱形成閉合回路。漏磁通的增加必然會引起漏抗的增加，從而造成附加損耗的增加，引起局部發(fā)熱。（2） 過熱螺栓其材質(zhì)是由普通鋼制成的，普通鋼有很強的導磁性，在隨負荷電流變化的漏磁場和低壓引線磁場的作用下，由于空氣的導磁率較低，從而大量的漏磁通通過導磁較好的連接螺栓，使得螺栓內(nèi)部的磁通密度加大，高密度交變磁通在螺桿中將產(chǎn)生很大的渦流，造成螺栓發(fā)熱；（3） 造成變壓器器身與底座連接螺栓發(fā)熱的根本原因是漏磁通，其產(chǎn)生的電流流過連接螺栓導致發(fā)熱。變壓器油箱與底座連接螺栓發(fā)熱引起的雜散損耗一般是由繞組漏磁通和引線漏磁通造成的。造成螺栓發(fā)熱的電流可分為短路電流和渦電流。（4） 連接螺栓流過較大的短路電流造成發(fā)熱。變壓器器身油箱壁和底座在強漏磁場中，因磁密度不同而使感應(yīng)電勢間存在電位差，通過連接螺栓形成閉合回路，導致連接螺栓中流過較大的短路電流。（5） 連接螺栓感應(yīng)出較大的渦電流造成發(fā)熱。漏磁場經(jīng)油箱形成閉合回路，當漏磁通通過變壓器器身與底座交界處時，由于空氣的磁阻大，大量的漏磁通通過導磁較好的連接螺栓，使得螺桿內(nèi)的磁通密度很高，并在螺栓中感應(yīng)出較大的渦電流。3處理措施（1）用導磁性較好的材料旁路發(fā)熱螺栓的漏磁通密度，降低螺栓內(nèi)部的渦流損耗。由于硅鋼具有良好的導磁性能，是最常用的導磁材料。薄片本身就是減少渦流損失，加之硅鋼片間經(jīng)過了絕緣處理，更能減少渦流損耗。由于硅鋼具有良好的導磁性能，是最常用的導磁材料。薄片本身就是減少渦流損失，加之硅鋼片間經(jīng)過了絕緣處理，更能減少渦流損耗。因此，在發(fā)熱螺栓的附近，上下節(jié)鐘罩氣隙處填充導磁塊，以降低發(fā)熱螺栓內(nèi)的磁感應(yīng)密度，其材料可選用硅鋼片或鋼塊。（2） 選用低導磁材料作為連接螺栓，降低螺栓內(nèi)部渦流損耗。剔除發(fā)熱螺栓，改用低導磁材料如黃銅、不銹鋼作為連接螺桿，改變穿過螺栓的磁通，使螺栓的渦流發(fā)熱減輕。（3） 選用絕緣墊片阻斷漏磁通，降低螺栓內(nèi)部的渦流損耗螺桿墊片選用膠木墊、云母墊，使漏磁通回路不經(jīng)過該螺桿。（4） 阻斷閉合回路。用絕緣片將熱鍍鋅螺栓上下兩端分別與變壓器器身和底座絕緣隔離，運行一段時間后，紅外測溫發(fā)現(xiàn)原發(fā)熱螺栓處溫度降至與其余螺栓相同，無發(fā)熱異常。至此可判斷該連接螺栓發(fā)熱由短路電流引起。由于該處漏磁通較大，通過連接螺栓的短路電流隨之增大，使得連接螺栓發(fā)熱。采用絕緣片將連接螺栓分別與變壓器器身和底座隔離后，感應(yīng)電動勢無法在該處形成閉合回路，從而不會產(chǎn)生短路電流，使得連接螺栓不再發(fā)熱。4處理大型變壓器箱體螺栓異常發(fā)熱現(xiàn)象的建議采取措施處理后雖然已取得了較好的效果，但要保證變壓器的安全穩(wěn)定運行，還要加強運行維護，繼續(xù)對主變的運行情況加強觀察。紅外測溫技術(shù)對于電氣專業(yè)運行現(xiàn)場的巡檢是非常必要和重要的，應(yīng)定期開展紅外熱像檢測。當變壓器能停電檢修時，可在變壓器油箱內(nèi)壁加設(shè)由導磁性能良好的材料構(gòu)成的磁屏蔽層；當變壓器為正常運行設(shè)備時，對于漏磁通不大的螺栓過熱故障，可采用不銹鋼螺栓的處理措施；對于漏磁通較大的螺栓過熱故障，須考慮采用導流銅排短路磁通的處理措施。5結(jié)論變壓器局部過熱是很普遍的現(xiàn)象，解決局部發(fā)熱是一個技術(shù)難點，不易圓滿解決。經(jīng)過上述處理以后，已取得了較好的效果，變壓器運行半年多以來，再未發(fā)現(xiàn)其上下鐘罩連接螺栓有發(fā)熱現(xiàn)象，經(jīng)過此次處理后較長的一段時間里，定期用紅外成像測溫儀測量溫度，也未發(fā)現(xiàn)其溫度升高，保證了變壓器的安全穩(wěn)定運行，防止了事