220kV變壓器頂蓋連接螺栓發熱分析與處理方法

段 彬，俞 軍，李傳才

（嘉興電力局，浙江 嘉興 314000）

變壓器是電網的重要設備，其安全穩定運行直接關系到電網的供電可靠性。主變壓器頂蓋連接螺栓長期發熱將導致：變壓器絕緣油加速老化和裂解，析出氣體，引起瓦斯保護動作，嚴重時可能造成變壓器停運；長期過熱將使密封膠墊損壞，在環境溫度變化較大時，將引起變壓器漏油；變壓器油受熱分解后，在油內產生懸浮物，使得油的酸度增加，分解產生的酸性物質腐蝕繞組的絕緣[1-2]。

以下針對220kV變壓器頂蓋連接螺栓發熱問題進行分析，并提出了現場處理方法。

1 頂蓋連接螺栓發熱原因分析

1.1 頂蓋連接螺栓發熱故障

某220kV變壓器，型號為OSS9-150000/220，額定電流393.6 A，2008年7月投入運行。2011年7月20日，運行日志報變壓器本體大蓋與箱體接地連接處螺絲發熱，紅外測得最高溫度70.3℃，其他部位無異常。發熱部位如圖1所示。

圖1 發熱點位置

1.2 頂蓋連接螺栓發熱原因分析

在勵磁磁勢F0作用下，鐵心內產生的磁通分為兩部分，主磁通以閉合鐵心為路徑，同時與一次繞組N1和二次繞組N2相匝鏈，并在2個繞組中產生磁電動勢E1和E2。另一部分磁通僅僅與一次繞組相匝鏈，通過非磁性介質（油或空氣）形成閉合回路，稱為漏磁通Φ1tσ。漏磁通將產生漏感電動勢 E1tσ，其有效值為 4.44fN1Φ1tσ。 變壓器的頻率、匝數都為定值，漏感電動勢的大小僅取決于漏磁通的幅值Φ1tσ的大小[3-4]。漏感電動勢可用一次繞組漏抗壓降的形式表示，即：

式中：X1σ為一次繞組漏電抗；I0為勵磁電流。

漏磁通會引起渦流損耗以及在連接螺桿、夾件、油箱壁等處由于磁通密度分布不均而產生的附加損耗，是引起頂蓋連接螺栓發熱的根本原因。

漏磁場經過油箱壁形成閉合回路，當漏磁通在經過頂蓋和油箱壁邊緣時，由于空氣的磁阻大，大量的漏磁通通過導磁性較好的連接螺栓，使得螺桿內磁通密度很高，并在螺桿中感應出較大的渦電流，引起頂蓋連接螺栓發熱。

1.3 缺陷處理建議

對于解決頂蓋連接螺栓的發熱問題，文獻[1]和[2]中均提出了一些處理建議。主要有：

（1）以硅鋼片充填上、下箱沿的空隙以降低螺栓內磁通密度，或換以低磁鋼、反磁鋼螺栓。

（2）在油箱中增加磁屏蔽，讓漏磁通盡可能地通過導磁性能好的磁屏蔽裝置。

（3）在大電流引線附近的油箱內加裝電屏蔽，讓電屏蔽裝置產生的渦流使得漏磁場重新分配，從而減少傳入油箱的漏磁通。

考慮到頂蓋連接螺栓發熱缺陷的處理工作應盡可能在不停電的情況下進行，同時考慮該變壓器內部已采用磁屏蔽、連接螺栓為反磁鋼螺栓，并已采用連接片扁鐵進行了分流，故未選擇采用加裝硅鋼片、增加磁屏蔽和電屏蔽等改變漏磁場來降低螺栓發熱的措施，主要從加強絕緣和引流兩個方面來處理發熱缺陷。

2 處理過程

2.1 變壓器運行電流對螺栓發熱的影響

變壓器運行電流對頂蓋連接螺栓發熱影響較大，變壓器發熱點俯視圖見圖2。當變壓器運行電流由270 A減為240 A時，位置1處溫度降低了6.4℃；位置2處短接扁鐵的電流減少了8.3 A，溫度降低了6.4℃。而此時已將位置1處頂蓋與油箱的短接扁鐵拆除，使得頂蓋與油箱之間的并聯回路減少，分流作用減弱，但測得的發熱點溫度反而降低。這說明變壓器運行電流對頂蓋連接螺栓發熱的影響遠大于頂蓋與油箱短接片的分流作用。

圖2 變壓器發熱點俯視圖

2.2 將連接螺栓與頂蓋和油箱壁絕緣能有效降低螺栓發熱

如果能使得連接螺栓與頂蓋和油箱絕緣，這樣盡管頂蓋與油箱壁之間存在漏磁感應電位差，但無閉合回路形成不了電流，將在很大程度上降低螺栓的發熱。將螺栓的上、下部分均分別與頂蓋和油箱壁絕緣，用鉗型電流表測量此時流過銅排的感應電流，發現由原來的70.4 A增加到107.3 A，可以估算出流過螺栓的感應電流占到此處頂蓋總感應電流的34.4%。這說明連接螺栓在未與頂蓋和油箱壁絕緣的情況下流過的感應電流很大。

在工作現場，采用絕緣墊片將螺栓分別與頂蓋和油箱壁絕緣，發現發熱點1處的螺栓溫度立刻下降了12.3℃；同時，其旁邊2顆螺栓的溫度均未見升高。

由于廠家配置的連接片和螺栓無法實現頂蓋與連接螺栓絕緣的同時保證連接片的通流功能，故只能通過頂蓋采用銅排接地的方式。

2.3 將頂蓋在發熱螺栓處直接接地對降低螺栓發熱有一定的幫助

采用銅排將頂蓋的感應電流直接引入接地網，使得螺栓并聯回路的電流由原來的442 A降低到70.4 A（頂蓋直接接地時銅排上的電流）。在安裝過程中，發現螺栓的連接處有火花，這說明頂蓋和油箱壁在漏磁場的作用下，均有一定的懸浮電位。這也從另一個角度上說明了將頂蓋直接用銅排接地的必要性。在現場取消了與螺栓并聯的連接片，用50 mm×5 mm的銅排將上頂蓋直接接入接地網，如圖3和圖4所示。

經過增加絕緣墊片和將頂蓋直接接地處理后，對發熱位置1和發熱位置2處的溫度進行了紅外測溫，發現位置1和位置2處的螺栓發熱情況等到良好的改善，同時，也未出現發熱點轉移的現象，這說明上述處理措施行之有效。

圖3 改造后的現場頂蓋接地情況

圖4 接地銅排與頂蓋的連接

3 結論

變壓器頂蓋連接螺栓發熱問題對變壓器長期穩定運行有著較大的影響。磁通密度不同使得頂蓋和油箱壁的感應電勢間存在著電位差，是造成頂蓋連接螺栓發熱的主要原因。通過在連接螺栓與頂蓋和油箱壁之間增加絕緣墊片和將頂蓋直接接地處理，能有效解決頂蓋連接螺栓的發熱問題。對其他的幾起110kV變壓器底部連接螺栓發熱問題，采取了上述處理方法，均取得了很好的效果。但是，尚有以下2個方面需要進一步的完善。

（1）絕緣墊片未有標準件，現場所采用的絕緣墊片是臨時用塑料片制作的，宜采用標準的絕緣套和絕緣墊片，應考慮環境因素如濕度、溫度對絕緣墊片老化的影響。

（2）從圖3可以看出，上頂蓋距離地面的距離超過3 m，接地銅排豎直長度過長，而中間沒有固定點。運行中，受到風力的影響會發生晃動和產生響聲，應給予加固。

[1]李家然.主變壓器連接螺栓發熱原因及其處理措施分析[J].科協論壇，2010（12）∶14.

[2]何敏鴻.變壓器箱沿連接螺栓過熱原因分析及處理[J].黑龍江科技信息，2008（34）∶40.

[3]陳敢峰.變壓器檢修[M].北京：中國水利水電出版社，2005.

[4]王正茂，閻治安.電機學[M].西安：西安交通大學出版社，2000.