变压器连接螺栓发热原因及其处理措施分析

变压器连接螺栓发热原因及其处理措施

分析摘要：主变压器是电网的重要设备之一，担负着电网输送电能的任务。当主变压器上下钟罩连接螺栓出现大面积过热时，将会导致变压器绝缘油加速老化和裂解，产生大量的气体，引起瓦斯保护动作，严重时可能造成主变压器停运而致使整台机组停运，这极大地影响了主变压器及电网安全稳定运行。本文分析了变压器上下钟罩连接螺栓发热的原因，提出了具体的处理措施，并进行了实施。在实际运行中已取得了良好效果，保证了变压器的安全隐定运行。关键词：变压器；发热；原因；处理措施电力变压器是电力系统中的核心设备，其安全稳定运行直接关系到电网的供电可靠性。随着电力系统规模的不断扩大以及变压器容量的不断增加，变压器故障带来的损失越来越大。变压器故障的类型很多，其中过热是常见的多发性故障，对变压器的安全运行构成了严重威胁。1变压器连接螺栓发热情况变压器是电网运行中的主要设备，其稳定运行是电网可靠供电的重要保障。电力变压器一侧绕组与三相正弦交流电源接通后，铁心内就会产生磁通，一、二次绕组通过铁心相交链的磁通叫做主磁通。变压器负载运行时，变压器内除了主磁通外，还存在漏磁通。漏磁通仅与一个绕组交链且主要通过变压器油或油箱壁闭合。负载电流的大小决定了漏磁场的大小，漏磁场的大小及分布规律决定着变压器绕组和金属结构件中涡流损耗的大小，并在很大程度上决定着绕组和变压器其它部件的温升。1.1发热特点1.1.1发热部位均在变压器低压侧变压器的铁芯结构为三芯五柱式，这种设计决定了器身扁侧油箱壁承受的漏磁通较大，由于部分漏磁通沿油箱壁闭合，因此，在油箱内将会引起附加的涡流损耗，使油箱局部过热，加之低压引出线在器身一边且引线位置较低，故变压器电源进线侧较高侧油箱壁承受的漏磁通密度大，再加上变压器器身内部的磁屏蔽装置与下钟罩结合不好或设置不合理，造成其低压侧局部漏磁场过强，分布不均匀，所以发热螺栓多集中于低压器。1.1.2变压器高温点多位于弹垫处变压器局部高温螺杆由于受到本体加强筋限制，其螺帽不能与本体有效接触，通过用红外成像测温仪检查，发现其高温点多位于弹垫处。1.1.3发热螺杆温度变化随机组负荷增减明显负荷高，温度就高；反之，负荷低，温度也随之降低变压器的铁芯都是用高导磁材料硅钢片制成，铁芯存在磁饱和现象，当机组负荷增加时，使铁芯过饱和引起磁通溢出，因而引起漏磁通增加，漏磁通在连接螺杆、油箱壁等处产生的涡流损耗也随之增大，螺杆温度也随之升高；反之，当机组负荷降低时，漏磁通降低，螺杆等处的涡流损耗也随之减小，螺杆温度也随之降低。1.2发热危害（1） 当变压器上下钟罩连接螺杆局部出现严重过热，甚至烧红现象时，将造成密封胶垫被烧坏，在环境温度变化较大时，将引起变压器漏油，使变压器的绝缘和冷却效果降低。（2） 变压器上下钟罩局部过热，往往伴随着局部油温的升高，此时变压器绝缘油会因局部过热而老化分解，析出气体，引起瓦斯保护动作，严重时可能迫使设备退出运行。尤其是变压器，发热严重将造成整台机组的被迫停运，严重影响着发电厂以及电力系统的安全运行。（3） 变压器油受热分解后，在油内产生悬浮物，同时油的酸度增加。分解产生的酸性物质腐蚀绕组的绝缘，产生的油泥将积附在绕组的铁芯表面上，阻碍散热并阻塞油道，使绕组绝缘强度下降，有可能使绕组绝缘被击穿，而使变压器损坏。（4）变压器油受热分解产生大量的气体，使油箱内压力增大，可能会使油箱局部变形。2变压器上下钟罩连接螺栓发热原因分析（1） 变压器当三相不对称负荷增大时，变压器的漏磁通会增大而漏磁通的路径主要是经绕组、油及油箱壁等结构部件，再回到每相铁芯柱形成闭合回路。漏磁通的增加必然会引起漏抗的增加，从而造成附加损耗的增加，引起局部发热。（2） 过热螺栓其材质是由普通钢制成的，普通钢有很强的导磁性，在随负荷电流变化的漏磁场和低压引线磁场的作用下，由于空气的导磁率较低，从而大量的漏磁通通过导磁较好的连接螺栓，使得螺栓内部的磁通密度加大，高密度交变磁通在螺杆中将产生很大的涡流，造成螺栓发热；（3） 造成变压器器身与底座连接螺栓发热的根本原因是漏磁通，其产生的电流流过连接螺栓导致发热。变压器油箱与底座连接螺栓发热引起的杂散损耗一般是由绕组漏磁通和引线漏磁通造成的。造成螺栓发热的电流可分为短路电流和涡电流。（4） 连接螺栓流过较大的短路电流造成发热。变压器器身油箱壁和底座在强漏磁场中，因磁密度不同而使感应电势间存在电位差，通过连接螺栓形成闭合回路，导致连接螺栓中流过较大的短路电流。（5） 连接螺栓感应出较大的涡电流造成发热。漏磁场经油箱形成闭合回路，当漏磁通通过变压器器身与底座交界处时，由于空气的磁阻大，大量的漏磁通通过导磁较好的连接螺栓，使得螺杆内的磁通密度很高，并在螺栓中感应出较大的涡电流。3处理措施（1）用导磁性较好的材料旁路发热螺栓的漏磁通密度，降低螺栓内部的涡流损耗。由于硅钢具有良好的导磁性能，是最常用的导磁材料。薄片本身就是减少涡流损失，加之硅钢片间经过了绝缘处理，更能减少涡流损耗。由于硅钢具有良好的导磁性能，是最常用的导磁材料。薄片本身就是减少涡流损失，加之硅钢片间经过了绝缘处理，更能减少涡流损耗。因此，在发热螺栓的附近，上下节钟罩气隙处填充导磁块，以降低发热螺栓内的磁感应密度，其材料可选用硅钢片或钢块。（2） 选用低导磁材料作为连接螺栓，降低螺栓内部涡流损耗。剔除发热螺栓，改用低导磁材料如黄铜、不锈钢作为连接螺杆，改变穿过螺栓的磁通，使螺栓的涡流发热减轻。（3） 选用绝缘垫片阻断漏磁通，降低螺栓内部的涡流损耗螺杆垫片选用胶木垫、云母垫，使漏磁通回路不经过该螺杆。（4） 阻断闭合回路。用绝缘片将热镀锌螺栓上下两端分别与变压器器身和底座绝缘隔离，运行一段时间后，红外测温发现原发热螺栓处温度降至与其余螺栓相同，无发热异常。至此可判断该连接螺栓发热由短路电流引起。由于该处漏磁通较大，通过连接螺栓的短路电流随之增大，使得连接螺栓发热。采用绝缘片将连接螺栓分别与变压器器身和底座隔离后，感应电动势无法在该处形成闭合回路，从而不会产生短路电流，使得连接螺栓不再发热。4处理大型变压器箱体螺栓异常发热现象的建议采取措施处理后虽然已取得了较好的效果，但要保证变压器的安全稳定运行，还要加强运行维护，继续对主变的运行情况加强观察。红外测温技术对于电气专业运行现场的巡检是非常必要和重要的，应定期开展红外热像检测。当变压器能停电检修时，可在变压器油箱内壁加设由导磁性能良好的材料构成的磁屏蔽层；当变压器为正常运行设备时，对于漏磁通不大的螺栓过热故障，可采用不锈钢螺栓的处理措施；对于漏磁通较大的螺栓过热故障，须考虑采用导流铜排短路磁通的处理措施。5结论变压器局部过热是很普遍的现象，解决局部发热是一个技术难点，不易圆满解决。经过上述处理以后，已取得了较好的效果，变压器运行半年多以来，再未发现其上下钟罩连接螺栓有发热现象，经过此次处理后较长的一段时间里，定期用红外成像测温仪测量温度，也未发现其温度升高，保证了变压器的安全稳定运行，防止了事