變壓器的絕緣油量應(yīng)當(dāng)控制在什么范圍？

　　變壓器［1］是發(fā)電廠的主要電氣設(shè)備，特別是發(fā)電廠的主變更是舉足輕重，一旦在運(yùn)行中發(fā)生故障［2］，會(huì)嚴(yán)重影響電廠的安全運(yùn)行，輕則影響供電量，重則造成生產(chǎn)安全責(zé)任事故，導(dǎo)致人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，因此對(duì)變壓器的檢查、維護(hù)、檢修、運(yùn)行要全過(guò)程全方面嚴(yán)格按規(guī)程規(guī)定進(jìn)行，不可大意。某發(fā)電廠一臺(tái)主變就因?yàn)樵谥髯兇笮迺r(shí)對(duì)主變本體和高壓側(cè)套管充油量過(guò)大，在運(yùn)行中沒(méi)有及時(shí)清潔主變冷卻器，主變冷卻器控制系統(tǒng)發(fā)生故障使運(yùn)行中的一臺(tái)主變冷卻器停運(yùn)，當(dāng)天氣溫較高，主變帶負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，幾個(gè)因素巧合在一起導(dǎo)致了主變的高壓側(cè)套管漏油，主變被迫減負(fù)荷運(yùn)行。

　　1 故障變壓器概況

　　發(fā)生高壓側(cè)套管漏油［3］的變壓器是某廠唯一的一臺(tái)主變，該廠主接線為兩機(jī)一變擴(kuò)大單元接線，兩臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組容量1號(hào)機(jī)為41100KVA（有功功率為36MW），2號(hào)機(jī)為45714KVA（有功功率為40MW）共為86814 KVA（有功功率共為 76MW），機(jī)端電壓均為10.5KV，所生產(chǎn)的電能通過(guò)位于升壓站露天的主變升壓至220KV送往廣東220KV電網(wǎng)。該主變型號(hào)為SFP7-90000/220的升壓變壓器，容量為90000KVA，低壓側(cè)額定電壓為10.5KV，高壓側(cè)額定電壓為220KV，冷卻方式為強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷，共有8臺(tái)冷卻器，冷卻器型號(hào)為YF-120/380，額定冷卻容量為110KW。

　　2 故障過(guò)程

　　2006年6月22日，因連續(xù)降雨，故障前，該廠兩臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組已帶滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行近30天，也即主變接近滿負(fù)荷運(yùn)行近30天，主變環(huán)境溫度達(dá)400C，主變?nèi)?臺(tái)冷卻器投入運(yùn)行。13時(shí)56分，主變1T溫度異常告警，運(yùn)行人員立即到現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)主變壓器電接點(diǎn)溫度壓力表顯示為750C（主變溫度實(shí)際整定值：750C報(bào)警發(fā)信），同時(shí)發(fā)現(xiàn)主變高壓側(cè)A相套管（套管升高座與瓷瓶結(jié)合處）有漏油的現(xiàn)象，大概每2秒鐘有一滴漏出。主變本體油也升高到油標(biāo)最高處，主變冷卻器有一組停運(yùn)。情況緊急，運(yùn)行人員一邊采取減機(jī)組負(fù)荷，手動(dòng)投入停運(yùn)的一組主變冷卻器措施，一邊向生安部領(lǐng)導(dǎo)匯報(bào)。公司領(lǐng)導(dǎo)、生安部領(lǐng)導(dǎo)接報(bào)后，立即帶領(lǐng)各有關(guān)技術(shù)專責(zé)、電氣檢修人員到場(chǎng)，經(jīng)過(guò)認(rèn)真觀察，決定采取排部份主變主體油，降低主變主體油油位。經(jīng)過(guò)排油、減機(jī)組負(fù)荷，手動(dòng)投入停運(yùn)的一組主變冷卻器措施，主變溫度下降到680C，主變高壓側(cè)A相套管漏油停止了，故障處理時(shí)間約一個(gè)多小時(shí)。

　　3 故障原因分析

　　故障后，查閱了主變運(yùn)行記錄，向2003年底承擔(dān)主變大修的廠家了解當(dāng)時(shí)對(duì)主變本體和高壓側(cè)套管充油情況，廠家反映主變大修時(shí)，為了防止主變有輕微滲漏油時(shí)，需停電再充油，對(duì)主變本體和高壓側(cè)套管加油多了一些，高壓側(cè)套管加油到滿了。經(jīng)分析和現(xiàn)場(chǎng)檢查，確定主變本體滲漏油，高壓側(cè)套管的滲漏油是套管油，因?yàn)橹髯儽倔w的考核壓力為0.035MPa，高壓側(cè)套管的考核壓力為0.15MPa，而主變的壓力釋放閥的動(dòng)作壓力為0.055MPa，從現(xiàn)場(chǎng)看，主變的壓力釋放閥并沒(méi)有動(dòng)作，證明主體油壓力沒(méi)有達(dá)到0.055MPa。而高壓側(cè)A相套管的油發(fā)生了滲漏，證明是套管的油因壓力升高超過(guò)0.15MPa而發(fā)生的滲漏的。首先從A相套管滲漏，是因?yàn)锳相套管的密封較其它相的密封差。套管的油壓力升高是因?yàn)橹髯儽倔w油和高壓側(cè)套管充油過(guò)多，當(dāng)環(huán)境溫度升高、主變冷卻器因長(zhǎng)期運(yùn)行沒(méi)有及時(shí)清洗，冷卻效果變差、主變冷卻器控制系統(tǒng)發(fā)生故障使運(yùn)行中的一臺(tái)主變冷卻器停運(yùn)，主變帶負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行載流元件發(fā)熱增加等因素作用下，主變本體油位上升到頭，油壓增大使油循環(huán)冷卻效果變差，主變高壓側(cè)套管因溫度升高，套管油膨脹，又因?yàn)闆](méi)有空間容納膨脹的油，致使套管油壓力過(guò)高，導(dǎo)致A相套管油從套管升高座與瓷瓶結(jié)合處的薄弱點(diǎn)泄漏出來(lái)。本次故障幸好運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)，迅速采取有效措施降低主變溫度，否側(cè)其它相的套管油也會(huì)泄漏，本體油也會(huì)泄漏，嚴(yán)重的還會(huì)有引起主變爆炸的可能。

　　4 防范措施

　　針對(duì)故障原因，為了保證主變正常穩(wěn)定可靠的運(yùn)行，采取了如下防范措施：⑴ 立即對(duì)主變壓器冷卻器風(fēng)機(jī)進(jìn)行全面清洗；

　　⑵ 對(duì)主變壓器冷卻器控制裝置進(jìn)行全面檢查，確保不發(fā)生主變冷卻器在運(yùn)行中自動(dòng)停運(yùn)故障；

　　⑶ 對(duì)主變壓器冷卻器風(fēng)的清洗和風(fēng)機(jī)維護(hù)應(yīng)每年進(jìn)行一次，要求在汛期前完成。此項(xiàng)內(nèi)容列為汛期前做好的常規(guī)工作；

　　⑷ 加強(qiáng)對(duì)主變本本油位、套管油位的監(jiān)視，發(fā)現(xiàn)異常情況立即處理；

　　⑸ 邀請(qǐng)變壓器廠家來(lái)現(xiàn)場(chǎng)了解情況并制定有關(guān)措施，結(jié)合GIS今年年底停電檢修工作一起進(jìn)行檢查處理。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　在變壓器大小修時(shí)對(duì)變壓器本體油和套管充油時(shí)一定要按規(guī)程［4］規(guī)定和技術(shù)工藝［5］標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，充油量嚴(yán)格控制，不能多加，在變壓器運(yùn)行中要密切注意變壓器本體油位和套管油位的變化，發(fā)現(xiàn)異常情況要當(dāng)機(jī)立斷進(jìn)行處理，不能拖拉。

　　變壓器的過(guò)勵(lì)磁反應(yīng)是什么？

　　變壓器過(guò)勵(lì)磁

　　變壓器過(guò)勵(lì)磁是設(shè)計(jì)、制造與運(yùn)行中常遇到的現(xiàn)象。

　　我們首先談一下變壓器過(guò)勵(lì)磁是怎樣產(chǎn)生的？ 以及它對(duì)變壓器有什么危害？

　　產(chǎn)生過(guò)勵(lì)磁的原因：

　　a. 鐵心結(jié)構(gòu)上原因，目前都采用冷軋晶粒取向硅鋼片作為鐵心導(dǎo)磁材料，鐵心為全斜45接縫的疊片方式，接縫分兩處錯(cuò)開(kāi)并有一搭接距離。在搭接處的截面雖增大了倍，但有效厚度卻少了，故接縫處實(shí)際截面還是小了，故在接縫處有過(guò)勵(lì)磁，磁通密度大了倍。因此目前在發(fā)展階梯式接縫，即接縫在六處錯(cuò)開(kāi)，這樣，有效厚度可保持，實(shí)際面積是增加了=1.18。作為過(guò)渡措施，接縫在三處錯(cuò)開(kāi)，這是因階梯式接縫需改變切線的軟件。

　　b.恒磁通調(diào)壓的變壓器帶有負(fù)載時(shí)，為保持不同負(fù)載下的輸出電壓為恒定值就必須補(bǔ)償阻抗壓降，必須能過(guò)分接位置的變換或增加外施電壓。當(dāng)外施電壓大于分接電壓時(shí)或增加外施電壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生過(guò)勵(lì)磁。

　　c.自耦變壓器采用中點(diǎn)調(diào)壓方式時(shí)，在鐵心中有過(guò)勵(lì)磁現(xiàn)象。自耦變壓器的電壓比越接近，過(guò)勵(lì)磁越嚴(yán)重。一般是電壓比大于等于2時(shí)的自耦變壓器才能采用中點(diǎn)調(diào)壓方式。

　　d.空載變壓器在合閘間的過(guò)渡過(guò)程有過(guò)勵(lì)磁。當(dāng)鐵心中有剩磁通，且在外施電壓過(guò)零時(shí)的瞬間合閘，則過(guò)勵(lì)磁最大，是最不利的空載合閘狀態(tài)。這是變壓器固有特性所引起的瞬時(shí)過(guò)勵(lì)磁現(xiàn)象。當(dāng)f=50Hz時(shí)，在0.01s內(nèi)磁通達(dá)最大值。

　　現(xiàn)在發(fā)展電子型電壓達(dá)峰值時(shí)合閘的斷路器，以減少合閘瞬間過(guò)勵(lì)磁。

　　e.三相三柱式鐵心，Yyn0結(jié)法變壓器，由于負(fù)載不平衡會(huì)引起中點(diǎn)電壓浮動(dòng)，此時(shí)鐵心中也會(huì)過(guò)勵(lì)磁。

　　f.發(fā)電機(jī)甩負(fù)載時(shí)會(huì)在變壓器與發(fā)電機(jī)聯(lián)結(jié)端子上出現(xiàn)過(guò)電壓，并引起過(guò)勵(lì)磁。當(dāng)f=50Hz時(shí)，磁通可在0.02s內(nèi)達(dá)最大值。

　　g.在中點(diǎn)接地系統(tǒng)中，在單相接地故障的異常工況下，健全相的相電壓會(huì)增加，110kV及以上系統(tǒng)，此電壓會(huì)增加1.3倍。故障期間，鐵心會(huì)過(guò)勵(lì)磁。

　　h.當(dāng)電網(wǎng)頻率低于額定頻率時(shí)，當(dāng)感性電壓不變時(shí)，頻率的降低會(huì)引起鐵心中磁通的增加，會(huì)有過(guò)勵(lì)磁。

　　鐵心中產(chǎn)生過(guò)勵(lì)磁時(shí)會(huì)影響：

　　a.空載損耗會(huì)增加；

　　b.變壓器的噪聲水平將增加；

　　c.空載電流中高次諧波含量增加；

　　d.涌流會(huì)大于空載電流，引起較大的機(jī)械力；

　　e.達(dá)勵(lì)磁時(shí)雜散磁通會(huì)離開(kāi)主磁路引起結(jié)構(gòu)件中附加損耗；

　　f.鐵心的溫升會(huì)增加；

　　g.過(guò)勵(lì)磁的同時(shí)還有過(guò)電壓，絕緣結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受住這一過(guò)電壓。

　　因此，在IEC76-1標(biāo)準(zhǔn)上對(duì)過(guò)勵(lì)磁能力有一規(guī)定，在設(shè)計(jì)時(shí)要保證變壓器能具有一定的過(guò)勵(lì)磁能力。

　　在運(yùn)行中，要保持一定的過(guò)勵(lì)磁水平。

　　如不具有過(guò)勵(lì)磁能力或承受較大過(guò)勵(lì)磁能力，會(huì)影響變壓器的安全運(yùn)行。

　　在制造中常采用高頻機(jī)組作電源是為了鐵心中磁通密度為額定值，如感應(yīng)試驗(yàn)時(shí)一般要采用100Hz及以上頻率的電源。

　　為什么變壓器各部分需加各類絕緣件？

　　生產(chǎn)中如何注意絕緣件的清潔并防止其它變形？

　　（1） 各部分絕緣的作用

　　a. 薄紙筒小油隙的作用。變壓器油有一特點(diǎn)：當(dāng)油隙尺寸為3mm時(shí)，油隙絕緣強(qiáng)度為14kV/mm；為6mm時(shí)，則為101kV/mm。油隙尺寸越大，每毫米絕緣強(qiáng)度越低。因此，在一個(gè)油隙中加一張紙板就能提高油的絕緣強(qiáng)度，油隙分得越小，油絕緣強(qiáng)度越高。這就是用小油隙的理由。

　　在油與紙的絕緣結(jié)構(gòu)中，δmm厚的紙板的絕緣強(qiáng)度只有相當(dāng)于0.5δmm油隙的絕緣強(qiáng)度。也就是說(shuō)，在相同的距離下，紙板越厚，絕緣強(qiáng)度就越低。這就是用薄紙筒的理由。

　　但是，油隙的最小值應(yīng)由散熱條件來(lái)確定，一般不小于7mm；而紙筒的厚度最小值應(yīng)由機(jī)械強(qiáng)度來(lái)確定，一般最小為3mm，即1.5mm紙板圍兩層。應(yīng)當(dāng)注意，靠近內(nèi)繞組的油隙應(yīng)保持7～8mm，靠近外繞組的油隙應(yīng)保持8～9mm。繞組間主絕緣之間油隙也可由瓦楞紙板形成。繞組匝絕緣越厚，該油隙絕緣強(qiáng)度越高；繞組油道大引起電場(chǎng)畸變，則絕緣強(qiáng)度低。采用薄紙筒小油隙結(jié)構(gòu)時(shí)繞組間距離小了，但也降低了端部電場(chǎng)強(qiáng)度，應(yīng)加角環(huán)或引伸紙筒，且在端部線段內(nèi)外側(cè)墊紙條。

　　主絕緣采用薄紙筒小油隙的結(jié)構(gòu)能使絕緣尺寸縮小，節(jié)約材料。在相間加隔板，繞組外加圍屏，套管外加電木筒也是這個(gè)原因，目的都是提高油的絕緣強(qiáng)度。

　　b. 角環(huán)的作用。角環(huán)也是油屏障的一種，起增加繞組端部到鐵軛和繞組端部間的爬電距離的作用。

　　c. 成型絕緣件的作用。成型絕緣件是用濕紙漿直接成型的，因此具有極高的電氣性能，可以做成和各種不同電力線相平行的形狀，形成極好的油屏障，減少垂直電場(chǎng)的作用。

　　可以根據(jù)需要做成產(chǎn)品要求的厚度，并能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的特殊要還應(yīng)，如實(shí)現(xiàn)機(jī)械支承和密封，還能實(shí)現(xiàn)薄紙筒小油隙的結(jié)構(gòu)。

　　d. 酚醛膠紙筒（電木筒）的作用。油浸式變壓器采用酚醛紙筒作絕緣，主要是因?yàn)樗休^高的機(jī)械強(qiáng)度，便于套裝。但是這種紙筒的耐壓值為：

　　厚度/mm 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0

　　耐壓值/kV 2.4 28 32 36 40

　　可見(jiàn)其電氣強(qiáng)度較差。這是因?yàn)榧埻矊娱g的固化物樹脂與紙是不同的物質(zhì)，在交界面電場(chǎng)畸變，且有氣泡和雜質(zhì)存在。膠紙的底紙不易被油浸漬，紙纖維的空隙不易被油填滿，空氣和水分消除不易徹底，且容易吸潮。所以一般只在低電壓繞組內(nèi)采用。

　　e. 壓釘絕緣的作用。鐵心柱上不能有短路匝，繞組中不能有短路匝，結(jié)構(gòu)件上也不能形成短路匝。鋼壓板（壓環(huán)）上開(kāi)一缺口就是這個(gè)道理，絕緣壓板無(wú)缺口。

　　但是，正壓釘都擰在夾件上，反壓釘都擰在壓板上。如果正壓釘下面或反壓釘上面不放壓釘絕緣，很容易使鋼壓板短路，即在壓板斷口處，壓板通過(guò)正壓釘一夾件一正壓釘，或反壓板一夾件一反壓釘，使鋼壓板形成短路匝，如圖36-1所示。

　　（2） 絕緣件的清潔、變形和開(kāi)膠

　　變壓器器身進(jìn)行真空干燥前一定要灰塵吸掉。在絕緣件上不要用鉛筆寫字，因?yàn)殂U筆芯一般是導(dǎo)體；也不要用粉筆作標(biāo)記，因?yàn)榉酃P是硫酸鈣，溶于油中易形成油垢；要用藍(lán)鉛筆做標(biāo)記，因?yàn)樗欠菍?dǎo)體，不影響電氣強(qiáng)度。

　　絕緣件的清潔與否對(duì)電氣強(qiáng)度影響很大，若絕緣件上有粉塵，經(jīng)過(guò)油的沖洗就隨油游動(dòng)起來(lái)。因?yàn)榉蹓m中有許多金屬粒子，它在電場(chǎng)的作用下，排成串，形成帶電體之間的通路（搭橋），從而破壞了絕緣強(qiáng)度，造成放電。電壓越高，粉塵游離越嚴(yán)重。越容易放電。

　　層壓絕緣件開(kāi)膠的原因有：（a）涂膠量小或膠的濃度不夠，使樹脂沒(méi)有足夠的粘結(jié)力；（b）溫度低或時(shí)間短，樹脂不能徹底進(jìn)行固化反應(yīng)；（c）壓力不足或在粘結(jié)過(guò)程中壓力減少，樹脂只是自身固化成膜，而使被粘合面間不能真正粘結(jié)；（d）爐內(nèi)升溫太快，出爐的溫度高或冷卻太快，內(nèi)部包含很大熱量，失掉壓力后和空氣急劇接觸形成內(nèi)應(yīng)力而把粘結(jié)層拉開(kāi)。

　　絕緣件變形的種類有收縮變形和翹曲變形。變形的原因有：（a）材料本身含水量大；（b）含水量不均勻，或水分揮發(fā)速度不一，收縮快慢不等；（c）局部受熱或局部受潮；（d）存放的方式和地點(diǎn)不當(dāng)，如應(yīng)平放的而采用了立放。