840MVA主变压器磁屏蔽故障分析及处理

840MV.A主变压器磁屏蔽故障分析及处理

徐铬

（长江电力技术研究中心诊断测试部，湖北 宜昌443000）

摘要：某水电站一台840MVA主变压器在运行期间例行油色谱分析发现乙炔含量上升，影响主设备安全稳定运行。检修人员进人检查后，查找出了故障点在上夹件磁屏蔽，并对结构进行分析，明确了故障原因是设计上的结构缺陷。技术人员提出了相应的改进设计，对该型所有主变压器的磁屏蔽进行了更换，防止了该家族性缺陷产生的安全风险。 关键词：水电站； 主变压器； 磁屏蔽； 放电故障 中图分类号：TM7

840 MV. A main transformer magnetic shielding failure analysis and

processing

Xu ge1

Abstract：A hydropower station during the running of a 840 MVA main transformer in routine oil

chromatographic analysis found that acetylene content rise, affect the safe and stable operation of main equipment. After maintenance staff in check, find out the point of failure in a magnetic shielding, and analyze the structure, made clear the cause of the problem is in the design of the structure defects. Technical personnel put forward the corresponding improvement design, all of the main transformer of the type of magnetic shielding for the replacement, to prevent the security risk of familial defects.

Key words: hydropower station；main transformer；magnetic shielding；discharge failure

1 引言

某水电站装机容量大，处于全国电网互联的关键节点，连接贯通南北电网。该水电站左岸厂房安装14台进口主变压器。主变压器作为水电站重要的输变电设备，其安全稳定运行关系到电网的安全。

主变压器型号为TWUW-8957，都采用三相五柱式，主柱上套装高低压线圈。油箱为桶式结构，联结组别YNd11，额定容量840MVA，高压绕组额定电压550kV中部进线上下并联结构，低压绕组额定电压20kV上部进线，无励磁分接开关范围-2×2.5%，额定频率50Hz，通过中性点小电抗器接地，另有不同接地点的直接接地方式，通过刀闸切换。铁心采用三相五柱式，六级阶梯接缝，采用日本进口优质、高导磁激光照射晶粒取向冷轧电工钢带叠成 。铁心夹件为板式结构，用高强度钢带紧固铁轭（图1）。冷却方式采用ODWF。

大型变压器中的漏磁场主要是由绕组电流和引线电流共同产生，漏磁通的大小及分布决定了变压器的短路阻抗、绕组机械力和结构件的杂散损耗，漏磁场集中还会引起局部过

热。随着电压等级的增加，变压器体积和容量的增大，变压器内部漏磁场引起的问题越加严重，为了降低杂散损耗，提高变压器效率，变压器的夹件和油箱内壁等位置通过加装磁屏蔽，以防止出现大量漏磁。磁屏蔽通常由导磁性能高的硅钢片制成屏蔽板，使漏磁力线沿硅钢片流通，减少附加损耗。该型主变压器上夹件安装多块磁屏蔽用于减少漏磁通（图2）。

图1铁心夹件结构 图2：上夹件磁屏蔽结构 Fig.1 Core clamp structure Fig.2 magnetic shielding structure

2主变压器故障分析

该水电站对A变压器进行例行油色谱离线取样分析

时发现油中乙炔含量达1.9uL/L，根据三比值法，变压器内部存在连续的低能放电，电站维护人员加强了油色谱试验的密度（表1）。并于发现含量超标一个月之后进行了真空滤油，滤油后乙炔含量仍然继续上升（图3）。通过超声波检测发现该主变压器B相高压侧上端信号比其他位置明显更大，也比同类型其他主变压器的相同位置测得的信号偏大。在铁心、夹件接地线位置测得对地电流为60mA，明显高于其他主变压器，在开机过程中，铁心夹件电流高达400mA。

A主变压器在变负荷运行时，超声波信号随负荷变化而呈现相同变化趋势，铁心夹件电流与负荷变化呈现相反变化趋势。变负荷运行结束后，铁心夹件对地电流逐渐减小趋于平稳，说明存在的故障为不稳定故障。从油中乙炔含量趋势图中可见5个月后乙炔含量达到峰值，之后逐渐降低，说明该处放电点可能已烧断。

表1：离线油色谱数据表（单位：uL/L）

图3：乙炔含量趋势图

Fig.3 Acetylene content trend chart

3进人检查结果

检查出乙炔9个月之后，检修人员进入变压器进行内部检查，经检查低压侧的电屏蔽与磁屏蔽的固定支撑与绝缘包扎情况良好，高压侧电屏蔽固定支撑螺栓有1个轻微松动。高压侧部分L型磁屏蔽与铁心的间隙过小，两者间有严重的放电现象，部分屏蔽绝缘包扎损坏较重。

其中高压侧B相第二个磁屏蔽侧边与铁心立柱直接接

触，放电最严重，铁心立柱表面烧伤了一个8mm×10mm×1mm的坑（图4），磁屏蔽的侧面同样缺了一个8mm×10mm×1mm的边角（图6），但铁心立柱及磁屏蔽放电烧伤处的硅钢片并未出现粘连现象。油气色谱分析发现乙炔含量稳定下降的原因应该是该放电点烧伤后，磁屏蔽与铁心距离增加，未能继续放电。其他两相同一位置的磁屏蔽也有不同程度放电现象。

图4：B相铁心立柱放电处 图5：故障磁屏蔽位置

Fig.4 phase B core discharge Fig.5 Failure position of shielding

图6：故障磁屏蔽绝缘情况 图7：老磁屏蔽结构

Fig.6 Fault shielding insulation condition Fig.7 old shielding structure

图8 单相的5个L型磁屏蔽布置图

Fig.8 Single phase 5 L magnetic shielding layout

从结构上看，L磁屏蔽本身刚度较差（图7），其硅钢片用环氧树脂粘接又不牢固，重达3295g，仅一点焊接后，采用一个M8螺栓固定，由于磁屏蔽硅钢片冲孔位置相同，叠在一起后再弯折90度导致安装螺丝的固定孔内部呈现

倾斜面，此种结构导致固定不牢靠且稳定性较差。在电磁力的作用下L型磁屏蔽发生抖动导致固定螺栓松动或硅钢片开焊，使得磁屏蔽与上铁轭和铁心柱接触摩擦，在其1mm的绝缘板被磨破或脱落后导致L磁屏蔽与铁心搭接，造成L型磁屏蔽对铁心柱及上铁轭形成间歇性裸金属放电，烧坏铁心并产生大量的乙炔，同时铁心多点接地，形成环流，导致铁心过热，破坏铁心绝缘并加速其他部位绝缘材料老化。所幸的是铁心未被烧粘接，由于损耗与铁心的体积成正比，一旦铁心被烧粘接，将大大增加铁心的局部损耗，造成局部过热，如果任其发展将逐渐增加损坏面积及体积，造成更严重的过热现象并恶性发展，危及设备

的安全运行。 4 磁屏蔽改造及处理

鉴于在进人检查时发现的上述问题，技术人员对每相第1、2、4、5块较短的L型磁屏蔽进行重新设计：1）固定孔由原来的倾斜改为垂直；2）加厚与铁心的接触面绝缘，将原来仅一层1mm绝缘纸板改为再增加6~7层绝缘纸板，总厚度为3~3.5mm；3）将磁屏蔽水平段尺寸由160mm×117mm改为160mm×95mm，增大与铁心距离；4）单个重量从3290g减小为2995g，减轻重量增大稳定性；5）安装固定方式由酚醛树脂垫改为环氧垫，加大了垫片外径及强度（图9）。

安装新磁屏蔽之前，用专用白布擦拭铁心立柱及磁屏蔽上的放电污垢，并用割刀将铁心立柱硅钢片及磁屏蔽叠片分开。在磁屏蔽与夹件接触面之间涂抹专用胶水，然后更换磁屏蔽的固定绝缘垫，调整磁屏蔽与铁心立柱的间距，打上乐泰螺纹胶后重新紧固磁屏蔽。安装完成后用面团清洁工作面，最后用绝缘摇表测试新磁屏蔽的绝缘情况。为了防止其他同类型磁屏蔽发生类似故障，一次性将该主变压器所有12块L型磁屏蔽进行更换（图10）。

图9：改进后磁屏蔽结构 图10：更换后的新磁屏蔽 Fig.9 improved structure of shielding Fig.10 new magnetic shielding

更换磁屏蔽后，该变压器投入正常运行，至今未发现乙炔含量升高。鉴于改造的良好效果，也为了避免其他同类型变压器出现相同故障，所有14台该型主变压器陆续进行了L型磁屏蔽更换。

5结束语

本文中主变压器油中出现乙炔是由磁屏蔽的设计缺陷引起，通过油中气体色谱分析，以及超声波定位和铁心夹件电流测量等检测手段，成功发现并解决了一种家族性的缺陷，为主变压器的安全运行消除了隐患。

参考文献

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[2] 胡伟涛, 岳啸鸣, 闫佳文,等. 500kV变压器磁屏蔽缺陷的处理[J]. 电工技术, 2015, (2):27-28.

[3] 代金龙. 油浸式变压器、电抗器油箱磁屏蔽的研究[D]. 华北电力大学, 2013.

作者介绍：徐铬，男，1985年出生，工程师，工程硕士，重庆大学电气工程学院电力系统专业毕业，2007年10月至2013年10月于三峡电厂电气部发电分部工作，2013年11月至今就职于长江电力技术研究中心

诊断测试部，目前从事电气一次设备

故障诊断和状态分析工作。Email：[email protected]