广东电网有限责任公司湛江供电局 广东省湛江市 524000
摘要:变压器在运行中会产生漏磁,且不同主变的漏磁程度也并不一致。在运的变压器很多都是由上、下盅罩(油箱)及其连接的螺栓组成。在漏磁的作用下,这些连接螺栓就可能出现不同程度的发热,漏磁屏蔽差的变压器,由于磁场强度的不均匀,会导致一些螺栓发热严重,温度可能高达数百度,局部这种高温,又会对变压器本身造成严重的损坏,它会使变压器油质劣化,进而造成更严重的内部故障。研究发现造成该螺栓发热的原因主要有涡流和短路电流两种,涡流发热是因漏磁在导磁材料上形成了闭合回路,产生涡流,这类发热可通过更换为非导磁材料的螺栓实现,如更换为不锈钢螺栓或全铜螺栓,或在螺栓上并接一块铜板或铜编织带;但实际中也会出现进行上述处理后还会发热的情况,此种发热主要是因短路电流造成,因漏磁会在变压器外壳上产生回路,电流回路为盅罩——螺栓——底座——大地,虽然变压器外壳有几点接地,但由于本体各处漏磁程度不同等原因的影响,流经螺栓的短路电流是不同的,若该短路电流比较大势必在螺栓上产生较大发热,此类缺陷需控制短路电流 ,可以在螺栓头、螺母与盅罩接触面增加一个绝缘材料,这样就阻断了电流回路,从而使整个外壳对地电流重新分配,避免了部分螺栓的过热。在绝缘材料选取方面,优选正温度系数的垫圈,该种垫圈能在螺栓本身温度不高时导通短路电流,若该处螺栓温度过高,则垫圈的电阻也迅速增加,从而又相当于在接触面加了绝缘垫,钳制了螺栓的温度。
关键词:变压器盅罩与底座 螺栓 涡流 短路电流 短接 垫圈 处理工装
引言:
箱沿的螺栓主要作用为连接和固定,变压器对箱沿的设计有2种,一种是采用焊接工艺,另一种是用螺栓紧固工艺。湛江某站运维人员红外发现#1主变时发现部分盅罩与底座连接螺栓发热,这些螺栓的发热程度不一,而且这种发热与负荷也没什么关系,不会随着负荷变化而变化。这些发热会对变压器造成严重的危害,使变压器油造成劣化,降低其闪点及绝缘强度,增加损耗。现阶段处理该类缺陷的手段有限,有些检修人员甚至不清楚该类发热机理,认为只有涡流造成发热,后通过铜板或铜编织带短接来处理,但发现处理后依旧发热,处理措施基本无效,后也不清楚后续应再做些什么改进。造成主变长期局部过热,严重影响到主变工况。甚至认为需要停电,只能改造主变磁屏蔽这种‘大手术’式的方法。亦或是知道其中机理,但在准备、处理等过程中会遗漏一些重要的工器具、设备,工作效率低下。
正文:
1、主变盅罩与底座连接螺栓发热的原因分析:
1.1 漏磁,变压器除了主磁通外,还不可避免地产生漏磁,这些漏磁通过变压器油再到外壳形成漏磁的闭合回路。漏磁通的大小与绕组间耦合紧密程度、绕组绕制工艺、磁路的几何形状、磁介质性能等因素有关【1】这些漏磁又不可避免地通过箱沿螺栓,通过电磁感应在加上回路上的电阻,则会呈现不同的发热状态。回路上的电阻主要由箱沿螺栓及其接触电阻构成,根据发热公式可知这些电阻也是造成发热的主因。
实际中这种电阻包括2部分,一个是箱沿螺栓的内阻,包括螺栓头、螺杆、螺母、平衡垫片和弹簧垫片,在运行一段时间之后可能会造成氧化,直接造成螺栓的电阻过大。另外一部分是垫片与箱沿金属接触面的电阻,这一部分往往比较严重,尤其是在除锈、防腐等工艺不完善的情况下。变 压 器 器 身 与 底 座 间 漏 磁 通 如下 图【2】
图1 变压器盅罩螺栓通过的磁通
漏磁通将产生漏感电势,E1 ,其瞬时值为
e1 = - N 1 d 1 /d t = 1 1 msin ( t -90°)== E1 msin( t-90°)
式中:E 1 m = 1 1 m 为漏感电势的幅值。
有效值为E 1 =E 1 m / √ 2= N1 m/√ 2=4.44 f N1 1 m
而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匀而产生附加铁损。 其值为: Pe= KeVf 2 B m 2 【3】
1.2 涡流,是指由 于 漏 磁 场 在 钢 结 构 件 中引起的损耗称为涡流损耗,漏 磁 通 经 过 的 铁 磁 介质路径里,均 产 生 涡 流 损 耗 和 磁 滞 损 耗,并 且 涡 流损耗起着决定性的作用。【4】
1.3 短路电流,即流经螺栓的电流,实际中测量这种短路电流一般都较大,甚至高达数百安,如此大的短路电流若通过相对较大的电阻,则会在这些地方产生较高的发热。根据发热公式P=I2R可知,短路电流I越大,发热越明显。
1.4 目前处理的现状,针对涡流发热,检修人员比较容易实现的处理方式是在螺栓两头短接铜板或铜编织带,注意要使用非导磁材料,否则短接其它材料甚至还会造成短接材料自身也发热。一般不提倡用更换不锈钢螺栓的方式,虽然不锈钢螺栓不导磁可防止涡流发热,但因主变一般户外运行,风吹日晒雨淋,较容易造成螺母螺纹的不匹配,从而造成检修时螺栓不能正常装拆,因此一般不使用不锈钢螺栓。针对短路电流发热,实际中测量这种短路电流甚至高达数百安,如此大的短路电流若通过相对较大的电阻,则会在这些地方产生较高的发热。检修人员往往对这类发热机理不熟悉,往往未能采取更进一步的处理措施,造成这类发热长期存在,从而直接影响了变压器油品,危害着变压器的运行工况。
2 主变盅罩与底座连接螺栓发热处理对策
2.1 对于单纯由涡流造成的螺栓发热,可在螺栓上短接一块非导磁材料的铜板或铜编织带(两头是铜板)的处理方法。
2.2 对于螺栓致热的主因是短路电流,则需防止流过过大的短路电流,可以在螺栓头、螺母与箱沿接触面加上一个绝缘垫圈,正温度系数的垫圈则为最优。实际运行中的变压器盅罩与底座连接螺栓的发热并不是单纯的涡流或短路电流一种原因引起,往往是2种电流的叠加,因此需要综合治理。针对涡流致热,就采用短接铜板或铜编织带,针对短路电流致热,因限制短路电流,比较容易想到的方式是在螺栓垫片与箱沿金属接触面处增加1-2块绝缘垫片,但此种方法往往会造成短路电流的转移,即虽然处理好了发热的螺栓,但容易造成相邻螺栓的发热。如果采用正温度系数的垫圈,则能较好地防止短路电流造成的发热。
2.3 对于接触电阻过大,则应尽量减少接触电阻R,实际中由于氧化、杂质等影响,螺栓与箱沿的接触电阻往往会比较大,通过砂纸打磨、除锈剂除锈、在辅以喷漆,则可减少接触电阻。
3 主变盅罩与底座连接螺栓发热处理工装
3.1 工装介绍:本项目研究发热机理,并设计一套处理工装,工装包括一个专用工具箱、2个大活动扳手(50mm)、若干垫圈、1个手持电钻、1个宝塔钻头、1瓶除锈剂、砂纸、1瓶喷漆、几条铜编织带(两边为铜板)。发现此类缺陷后,工作人员可直接拿上该套工装,戴上手套将发热螺栓、螺母松开,对螺栓孔、螺栓、螺母、接触面等使用砂纸大打磨、除锈剂进行清洁,减小应接触面氧化等原因造成的接触电阻过大,而后再用喷漆对接触面进行防腐处理。在量好螺栓尺寸后,将宝塔钻头安在电钻上,对铜编织带在预制孔的基础上再进行开孔,垫圈用开孔器进行开孔,直至垫圈、铜编织带刚好可套住螺栓;再将垫圈和铜编织带与螺栓、螺母一起安装在变压器箱沿上,注意必须是垫圈与箱沿直接接触。
3.2 工装使用:携带这样一套处理工装,可处理此类发热缺陷,因各个变压器的箱沿螺栓尺寸不一,因此需要现场在预制孔的基础上再制作垫圈及铜编织带的孔洞,以匹配螺杆的大小;同时还应采取相关措施,减少螺栓与变压器外壳的接触电阻。变电站主变盅罩与底座连接螺栓尺寸通常在30mm左右,因此用6-60mm宝塔钻头来钻孔是满足要求的。
缺陷处理时,可用2个大的扳手松开螺杆,如空间受限或需要较大松开、紧固力矩时也可用力矩扳手;再对螺杆、螺母、接触面及盅罩与底座间的孔进行打磨,除锈,喷漆。这期间可以着手测量螺杆尺寸,对铜编织带和垫圈进行钻孔,直至孔能穿过螺杆即可。待油漆干燥后,再将垫圈放在箱沿接触面上,然后将铜编织带活铜板放在垫圈上面,最后将螺杆、螺母上回。有时螺栓发热主因是短路电流时,可只加垫圈即可。
3.3 效果验证
能比较快地降低发热螺杆的温度,避免螺杆温度过高,从而避免了变压器局部温升过高造成变压器内部油质劣化、绝缘和电气性能下降,保障了变压器的正常运行。
湛江局某站#2主变一颗螺栓①发热温度98.4°,历史最高温度167.8℃。
图6 麻章站#2主变一颗螺栓①发热温度98.4°
经过主变盅罩与底座连接螺栓发热处理工装处理后温度降至39°,可见经过工装处理,效果显著。
结语:变压器是变电站最核心的设备,其安全稳定运行直接关乎整个电网的安全运行水平,但在现实中有些变电站运行的主变压器油箱盅罩与底座间的螺栓会有不同程度发热,最高可能有几百度,这种长期局部发热会大大劣化油的品质,给主变造成极其深远的影响,因此需要研究造成该种发热的机理及处理对策。
变压器盅罩与底座螺栓在漏磁的作用下会产生涡流和短路电流,根据分析可知螺栓发热与电流及接触电阻有关,电流又分为涡流和短路电流。通过携带变压器盅罩与底座连接螺栓处理工装,可以直接对这类发热缺陷处理,提高了工作效率,能使螺栓温度高的问题得到解决,提高了变压器的安全运行性能。
参考文献:
[1[张全元 变电运行现场技术问答P83
[2]陈伟博,叶开明.变压器器身与底座连接螺栓发热问题探讨[J].电工技术,2019(9).
[3]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.
[4[肖 朋 .三相电力变压器涡流损耗分析计算 [ J ].黑龙江工程学院学报,2019(4):40.
作者简介:
姓名 | 李顺宇 | 性别 | 男 | 出生年月 | 1984.6 |
民族 | 汉 | 籍贯或国籍 | 中国 | 学历 | 大学本科 |
毕业院校 | 长沙理工大学 | 专业 | 电气工程及其自动化 | ||
专业技术资格 | 高级工程师 | 专业技能资格 | 高级技师 | ||
研究方向 | 电力系统运行、检修、继电保护 |