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厂用电力变压器异常温升分析

发表时间：2020/8/7 来源：《基层建设》2020年第10期作者：朱鑫夫

[导读] 摘要：电力变压器是工厂送变电系统和变电站中特别重要的设备，它的安全可靠运行直接影响厂区用电稳定和生产安全，电力变压器外壳与底座连接部位的螺栓异常温升进而引起一系列电力变压器故障是影响安全稳定运行的情况之一。

        身份证号码：12010419850128xxxx 天津市 300120
        摘要：电力变压器是工厂送变电系统和变电站中特别重要的设备，它的安全可靠运行直接影响厂区用电稳定和生产安全，电力变压器外壳与底座连接部位的螺栓异常温升进而引起一系列电力变压器故障是影响安全稳定运行的情况之一。然而对于电力变压器底部结合部位螺栓异常温升情况的分析、处理却鲜见文献，本文在事件还原及情况分析的基础上为今后的电力变压器日常运行和实际生产过程提供了技术和理论支撑，有助于提高工厂供电的运行管理和维护水平。
        关键词：工厂供电；异常温升；电力变压器
        1背景简述
        电力变压器是工厂电力系统中最关键的设备之一，它承担着电压转换、电能分配和传输的功能，电力变压器造价高、制造周期长，一旦发生故障，将对整个工厂生产和供电系统造成极大的影响。通过电力变压器运行情况和事故分析统计，由异常温升引起的设备损坏事故逐年增多，然而对该类异常发热情况的的分析、处理却鲜见文献，本文为今后的主电力变压器日常运行、红外测温等实际生产过程和情况提供了技术支撑和理论分析。
        某日某工厂动力巡查员对llO千伏变电站电力变压器进行测温时，发现主变压器散热器下方的油箱底座连接螺栓温升异常，温度为42.5摄氏度，与其形成对比的是其他螺栓温度为18摄氏度。后经检修人员采取在温升异常的螺栓上加装引流器的措施并调整螺丝螺母松紧度一致后，异常温升情况得以消除。
        2处理应对
        通过对主电力变压器现场检查发现：发生异常温升的螺栓很紧固，接触良好、底座各螺栓松紧程度不一致，有的螺栓有松动现象，且与油箱钟罩和底座接触不良。紧固其他螺栓后测温发现：再次紧固后的螺栓温度明显回升，旋松后的螺栓温度显著降低。检修人员对主变压器油箱钟罩与底座之间所有螺栓进行了调整，并加装了导流铜导线，缺陷消除后再次对发热点进行跟踪对比，发现发热螺栓最高温度已降至30摄氏度，与其他同类型螺栓温差不大，经过红外线测温可以观察到所有连接部位的连接螺栓温升均匀，异常得以消除。
        3异常温升的原因
        电力变压器的容量和漏磁场密切相关，当电力变压器处于有载状态并流过电流时，就会在绕组线圈周围产生磁通，电力变压器绕组之中的磁通可以分为主磁通和漏磁通，在现实应用中可以近似的认为变压器的容量越大漏磁场就越强，从而增加了各种附加损耗，漏磁场还会造成变压器局部异常温升，电力变压器的主磁通和漏磁通，又都可以按照正交法则分解为轴向分量磁通和径向分量磁通。
        其中径向漏磁磁通分量的分布比较复杂，并且随着电力变压器的复杂程度和容量变化而变化，其中有些老旧的电力变压器，或是设计陈旧材料老化或是年久失修，其径向漏磁分量非常高。
        生产实践中常常发现，为工厂供电的电力变压器的二次侧绕组引出线与电力变压器外壳下部连接件和油箱壁的距离过近，巨大的电流和漏磁磁通构成了连接件和油箱壁的异常温升。
        大型的电力变压器，由于功率大、磁通密度高，在各种漏磁分量的作用下产生很大的杂散损耗，有时甚至达到千瓦量级，并导致主电力变压器外壳与底座连接螺栓和油箱异常温升的现象，这些异常情况应当引起工厂供电及动力部门管理人员的足够警惕。
        当工厂其它的供电变电站变压器进行停电检修期间，仍然工作的电力变压器负载增加的较为明显，导致电力变压器漏磁增加显著，下部连接螺栓和邮箱外壳产生较大的涡电流，并伴有异常的温升。

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有的时候由于电力变压器铁心多点接地，并且接地点的接触电阻又有大有小，而且阻值相差悬殊，也会造成一定程度的异常温升，其原因主要是接地原因引起，受漏磁磁通的影响较小，但是这种原因引起的异常温升现象更加隐蔽，由于热的扩散作用，异常温升通过热传导到电力变压器底部连接螺栓处，使得温升原因难以判断，甚至引起误判，希望点检维保人员引起注意。
        综上所述，我们可以得出以下结论：电力变压器周围存在巨大的漏磁磁通是下部连接螺栓出现发热原因的根本原因。变压器的漏磁磁通在螺栓上产生电流，而电流又可以分为两种，其一为漏磁磁通在螺栓上产生的涡电流，漏词磁通越强，涡电流越大，异常温升也就越显著。其二是短路电流，所谓短路电流也是由于漏词磁通产生的，只不过是由于电力变压器下部连接螺栓所连接的上下两个结构体外形、厚度、电导率、磁导率材质等有所不同，漏磁通在不同的结构体上产生了不同大小的涡电流，涡电流又形成了不同的电位，由于接地不良和其他原因，不同的涡电流电位之间通过底部的连接螺栓进行了短路，从而进一步造成了电力变压器底部连接螺栓的异常温升。
        在背景案例中发现连接螺栓的紧固程度越高，其异常温升的现象越明显，显然，螺栓异常温升是受到了漏磁磁通至电涡流发热的影响。
        4危害分析
        工厂主电力变压器下部油箱与底座连接螺栓异常温升主要有以下危害：首先，异常温升螺栓会将温度热传导到主电力变压器外壳的密封原件上，主电力变压器密封多数采用耐热好、耐油好的丁腈橡胶来制造。但是，如果主电力变压器长时间处于高温升的条件下工作，其密封件的老化速度会逐步加快，甚至会造成密封件开裂、泄露等问题[1]，极易滋生其它故障现象，如果主电力变压器密封的退化问题相当严重，则会导致主电力变压器出现漏油、渗油的严重问题。其次，如果局部温升过高，则会促进变压器绝缘油的分解，变压器油在分解过程中会产生气体，甚至会造成轻瓦斯保护继电器动作，如果气体的分解速度非常快，则所产生的油流就会超过重瓦斯保护继电器的整定值，这就会造成断路器动作，从而影响全厂的电力供应，造成停产损失和安全隐患。
        电力变压器油在分解时可以产生很多气体，这些气体会大为降低设备内部的绝缘性能，甚至会造成绕组绝缘被击穿。电力变压器油在分解过程中所产生的杂质会悬浮在油中，或者吸附在油浸纸表面，造成匝间、线圈间及绕组和屏障之间形成导电桥。短路故障的危害主要包括绕组变形、引线烧断、绝缘遭到破坏、压板被冲断、绝缘击穿绕组烧坏，严重的将产生爆炸起火和变压器烧毁，当变压器油发生分解后，应当对变压器当中溶解的气体进行分析，变压器绝缘油在热的分解下，分解出氢气、乙炔、乙烯、一氧化碳、二氧化碳等多种气体成分[2]，电力变压器内部故障的类型和表现的严重程度与这些气体组分的产气率有着紧密的关系。温度越高，产气越多，而且产气的种类也就越多。利用气体判断充油变压器故障成为厂用电力变压器安全运行不可缺少的检测手段。这种方法的可行之处在于无需使设备停运，可以在电力变压器内部故障初期就查明，发现不少其他方式难以察觉的隐患。
        5总结
        大多数工厂发现电力变压器在发现存在下部连接螺栓发热时短期内不会有大修或更换计划，电力变压器底部漏磁一时又难以降低，因此推荐用导电性好的铜材并接温升螺栓两端，进行电流分流，从而使流过温升螺栓电流减小，减少温升。
        电力变压器是变电站的重要设备之一，它的安全可靠运行直接影响厂区用电稳定和安全。首要的是提高工厂供电的运行管理水平，优化运行条件，提高电力线路的绝缘水平，提供变压器周围安全距离的要求，以便维修保养人员巡查测温，以降低异常温升带来的影响和危害，并要加强电力变压器的实时检测，制定合理的电力变压器检修周期，保证工厂生产供电的稳定。在日常运行维护中，要继续提升检测技术和方案，完善现有检测手段，加强主电力变压器所有连接螺栓、螺母以及引流器装置的检测、观察，更加优化温升异常处理方案，提高工厂供电和维护的水平。
        参考文献：
        [1]盛艳超、言艳辉. 变压器运行发热分析，大众用电[D]，2017.8.
        [2]刘韧强.变压器短路故障防范措施，大众用电[D]，2017.4。