大电流变压器低压套管过热分析及其防范措施

大电流变压器低压套管过热分析及其防范措施王晖(沙角A电厂，广东 东莞523936)摘 要：介绍一起大电流变压器低压套管过热的故障，通过电气试验 ,并结 合该变压器的历史情况，对过热故障的发展过程进行了分析，就变压器低压套管 连接结构存在的问题，提出了改进意见。关键词：变压器；套管；过热；分析Analysis and improvement of LV bushing overheat in a heavycurrent transformerWANG Hui(Shajiao A Power Plant,Dongguan,Guangdong 523936,China)Abstract : An overheat fault on the LV bushing of a heavy Dcurrent transformer is described in this paper Based on the electrie test and the historical data of the transformer,this paper analyses the development course of the bushing overheat In light oftheproblemsexistinginthejoiningofthetransformerLVbushing,improvingmeasures are also presented to prevent similar faultsKeywords : transformer; bushing; overheat; analysis发电厂主变压器是电能输配电系统中极其重要的电气设备，根据运行维护管 理条例的规定，变压器必须定期进行检查，以便及时了解和掌握变压器的运行情 况，以保障变压器的安全运行。但目前国内200 MW以上发电机组，其发变组间 的连接一般采用离相封闭母线相连，运行中不能直接检查低压套管的发热情况， 过热故障较难发现和处理。本文就一起变压器低压套管的过热故障进行分析、讨 论。1 故障情况1.1变压器的基本参数某电厂3号主变压器为保定变压器厂1988年生产的 SFP7-240000/220 型强 油风冷式变压器，变压器低压侧额定电压为15.75 kV,额定电流为8.8 kA。其低 压侧套管采用西安西电高压电瓷有限责任公司生产的 BR1-40.5/10 型大电流变压 器套管，额定电流 10 kA。1.2 变压器的历史情况3号主变压器是1989年底投入运行的，在1998 年初的大修中放出部分油进 行检查，发现低压侧V相绕组引线与套管下接线柱的接触面，由于紧固螺钉连接 不当，存在松动、过热、两接触面板焊锡熔化等现象，测试低压套管介质损耗因 数和电容值，并与往年测试值比较，无明显变化。对接触面进行处理，并将原黄 铜螺钉更换为不锈钢螺钉，同时加上蝶簧垫圈。对处理前、后变压器低压引线与 套管下接线柱的接触电阻值（见表 1）进行比较，可看出处理后，除 U 相左侧外， 其余各相以及 U 相右侧的接触电阻均明显下降。1999年6月，在3号主变压器随机小修时，发现U相套管瓷套与上接线柱 间接口处有油渗出，进行介质损耗因数和电容值测量，并与往年测试值比较，无 明显变化，检测套管油位正常。1.3 本次故障情况2002 年，对 3 号主变压器进行增容改造，在解口后发现其低压侧 U 相套管 有较严重的漏油现象，跟踪检查时发现套管试验端子处漏油，油色较黄，黏度很 大，同时 V 相和 W 相的套管试验端子也出现轻微渗油现象。因取油阀位于套管法 兰处，无法对油进行取样化验，而通过顶部油塞孔已无法检测到 U 相套管油位， 从 V 相和 W 相套管抽出少量油样，油呈褐色。表1 憐8年孑月凸启3号娈扛器低压引线与套管下接线柱的接鯉电爼测试傅油U相接融电HIV也悽贮屯閒W廟擁社电魁右割火憐前+ 25 ：C 16.216. 664.22k lH-Ki山4 L 4I.527仆屮2iN-n3-JU.Sit. 511 6527屮4H1.5变压器低压引线的情况打开变压器低压套管升高座处手孔，变压器低压引线与套管下接线柱的连接 如图 1 所示，套管下接线柱为变压器低压侧三角形连接的电流节点，用 4 颗螺钉 将每相低压引线的 2 块挠性连接板固定于套管下接线柱的一边，下接线柱的另一 边同变压器另一相的 2块挠性连接板相连。为了防止铜铝间的电化腐蚀，在下接 线柱与低压引线之间加装铜铝过渡板，过渡板厚约3 mm,由铜、铝板爆压在一 起，用3颗沉头螺钉固定在下接线柱上。对变压器低压引线与套管下接线柱间的接触电阻进行检测，结果见表3大修 前数据，发现其接触电阻同上次检修（1998 年初的大修）后的测试值相比明显增 加。解开低压引线，发现U相、V相和W相的铜铝过渡板边沿有明显变色发黑的 痕迹，铜铝过渡板的中间部位及与 4颗螺钉接触处，呈严重过热后的白色，表明 套管的下接线柱，特别是接触面的中间部位存在严重的过热现象。将3号主变压 器移位，吊出3相低压侧套管，松开固定铜铝过渡板的 3颗沉头螺钉，发现铜铝 过渡板已烧结在套管接线柱上，将其揭开，发现铜铝过渡板上与 4 颗连接螺钉接 触的位置已同套管下接线柱烧结在一起（见图 2），铜铝过渡板上的部分铝材已与 铜板分离，粘结在接线柱上，铜铝过渡板与接线柱接触面四周边缘也都形成黄、 黑色油膜。将U相套管横置，抽出油样，颜色与V相、W相套管的一样呈褐色。圈1增容改逛前套骨T接线柱与低压引线连接椚表3 年S 15 0 3号变压稱低压引线与套管下接塑注的接袍电阻测试值U曲長牲屯职V和按曲电慚弭相按柚电讯大憶斡.加,1. 6VI- 77丈薩后 22 tI1.5t1.51 12 原因分析套管渗油的油色较黄，抽出油样呈褐色，黏度大，结合套管运行历史来看， 可判断套管有过热性缺陷，导致套管出现老化。特别是U相套管存在较严重的过 热现象，从而导致套管内部变压器油温度过高，油受热膨胀溢出。2.1 接触面有虚空变压器低压引线采用 4 颗螺钉固定在套管下接线柱上，引线连接板采用多张 铜片镀银焊接，表面进行了打磨，其平面受其加工方法的限制，精度不高。连接 后，整个接触面有些部分出现虚空，使接触面各点的接触电阻不一样，在总电流 不变的情况下，局部接触电阻小处流过的电流大，产生的热量就大，导致接触电 阻小的区域被熔焊在一起。当变压器充满油时，接触面间的缝隙也被变压器油和 空气填充。填充接触面虚空处的变压器油因过热产生化学反应，形成黑色油膜， 导致接触电阻值增大。2.2 铜铝过渡板受腐蚀 原套管接线柱采用铝材，表面未进行任何处理，而变压器低压引线连接板为 铜质，表面烫锡，由于铜质或铝质材料表面极易生成导电性能很差的氧化膜，并 且铝和铜的化学电位顺序相差很大，这两种金属直接连接会产生电化学腐蚀，为 了防止铜、铝间的电化腐蚀，在中间加装铜铝过渡板。解体后发现 3 相套管连接 面均有不同程度的腐蚀（包括电化学腐蚀）。连接面受到腐蚀后，会使接触电阻值 猛增，使运行中的温度升高，如果不能及时散热，则易形成恶性循环。同时，增 加一块铜铝过渡板，就相当于增加了一个接触面，也就增加了引线连接部位的接 触电阻，产生热量也多，形成局部过热，并通过热传递使套管内部过热。 2.3接触面积的设计值不合理套管下接线柱连接面接触面积设计裕度不够。实物测量，低压引线与套管接线柱的接触面积为9 600mm2，其接触面上的电流密度设计值为0.53 A/mm2。同GB 52731985变压器、高压电器和套管的接线端子推荐的常规通用接线端子的设计值0.2 A/mm2相比，其接触面上的电流密度约为推荐值的2.5倍，这样 的设计可靠性较差，裕度不够，在接触面上极易形成局部热点。3 改进措施由于无法监测变压器低压大电流套管的油位，且渗油部位在套管中部，而运 行时油温高，渗油将加快，如不处理故障继续运行将可能使套管内电容芯露空受 潮，导致设备事故的发生。因此，针对存在的问题，采取了以下改进措施：a）采用新型套管，套管的上、下铝接线端子板两面镀银，镀银面与变压器低 压引线连接板或母线的铜接线板直接连接，可有效地防止铜铝间的电化学腐蚀。 取消原铜铝过渡板，减少一个接触面，使接触电阻减小，产生的热量减少。b）结合变压器的增容改造，对变压器低压套管内部连线进行更改。如图3 所示，增加了低压相线（即连接两相的导线），将变压器低压侧三角形连接的电流 节点由套管下接线柱变为低压相线处，使流过变压器低压套管接线柱的电流从改 造前的5.081 kA（此时变压器低压侧额定电流为8.8 kA）降到变压器增容10%后的 4.765 5 kA（此时变压器低压侧额定电流为9.531 kA）。变压器增容10%后，流过 低压套管接线柱接触面的电流比增容前减少约 5%。图3增容改适后麽肾下接袋柱与低压引找连接图口c）变压器绕组低压引线与套管端子直接相连，对接触面的平整度重新进行处 理，且严格按厂家要求加装双蝶簧及采用不锈钢螺钉固定。套管与低压引出线单 侧的接触电阻值，严格按厂家推荐值控制在10卩。以下，严防出现过热现象。通过以上处理，对变压器低压引线与套管下接线柱的接触电阻进行测试（见 表3大修后数据），其最大值为1.5卩0，则运行中电流流过套管下接线柱所产生 的热量比大修前少很多。可见，通过以上处理，可有效地降低热量的产生，消除 大电流套管的过热缺陷。4 结束语此次主变压器低压大电流套管的过热故障，是 由于结构设计不尽合理及制 造工艺不佳而使接触面积裕度不足、电化学腐蚀等原因所引起的。针对这一故障 所采取的处理措施是有效的，生产厂家应根据这一情况，改进生产工艺、材料， 提高产品质量。但是，在生产运行中，仍须加强预防性试验，根据测试数据的变 化情况，结合设备内部结构特点、设备运行情况以及外部因素进行综合判断，加 强监督，以防止类似故障的再次发生。参考文献1陈华钢电气设备预防性试验方法M 北京：水利电力出版社，1996.2 GB 52731985，变压器、高压电器和套管的接线端子S