凌津滩电厂励磁变压器裂纹的处理

凌津滩电厂励磁变压器裂纹的处理刘军（五凌电力有限公司凌津滩水电厂）摘要：本文分析了凌津滩水电厂励磁变压器产生严重缺陷的原因，并对励磁变压器修理、更换改造工程进行了介绍，同时，对励磁变压器的特点、特殊性及其重要参数进行了阐述。关键词：环氧树脂高次谐波涡流损耗温升一、概述：凌津滩水电厂位于湖南省桃源县境内，是沅水干流的最后一个梯级电站。电厂安装有9台单机为30MW的灯泡贯流式机组，总装机容量为270MW，是一座以发电为主，兼有航运、防洪效益，并作为上游五强溪水电厂的反调节电厂。凌津滩电厂的机组励磁系统由瑞士ABB公司成套供应，励磁变压器为浇注干式变压器，额定容量780KVA，电压等级10.5KV/540V，绝缘等级是F级，绕组允许温升是80K，冷却方式为自然空气冷却。2006年9月5日，凌津滩电厂8#机组C级检修期间，在对励磁变进行检查时发现励磁变压器高压侧绝缘外壳三相均出现不同程度的裂纹，随即对其余8台机组的励磁变压器进行了检查，发现6#、9#机组励磁变压器高压侧绝缘外壳三相也都出现了裂纹，继续运行将有绝缘击穿、匝间短路的可能，二、励磁变高压侧绝缘层开裂原因分析凌津滩电厂励磁变压器结构为：低压线圈采用铝箔绕制，层间绝缘为DMD（一种耐高温的聚酯薄膜）；高压线圈采用铝导线绕制，经环氧树脂在真空下浇注成型，线圈内外表面环氧树脂绝缘层厚约8mm，为厚绝缘结构。导致高压线圈开裂的原因分析如下：1、变压器用于励磁系统属于整流变压器类别，高压线圈内有一定分量的高次谐波通过，此高次谐波会在铝导线中产生涡流，因此变压器发热量比同容量的普通配电变压器高；2、高压线圈为厚绝缘结构，散热较慢，线圈内温度分布梯度较大，导致内部应力增加；3、环氧树脂和石英粉组成的绝缘系统中无玻璃纤维加强，其结构强度较差，在高温下有一定的脆性，内部应力易导致其开裂。2001年前的产品均未在环氧树脂浇注绝缘层中加入玻璃纤维网，机械强度较差。树脂复合材料的性能参数如下表1所示：表1树脂复合材料的性能参数4、高压线圈的导体为铝导线，绝缘系统为环氧树脂和石英粉组成，由表1可看出，导线和绝缘的热膨胀系数不一致并相差较大，铝机励磁绕组的最大持续电流决定，由下式可简单地估算励磁变压器的额定功率值：S=1.35UI(式中U为励磁系统顶值电压，I为发电机最大持续电流值)5、操作过电压保护由于励磁变压器的绕组间存在寄生电容，为此当励磁变压器的电源投入或切出以及外部过电压均会在变压器中产生交流过电压。对于合闸引起的过电压，假定C1为一次和二次绕组间的寄生电容，C2为二次绕组对铁芯之间的电容，在合闸瞬间由C1和C2电容构成的充电电路引起位移电荷，由此一次传到二次侧的过电压为：U2＝U1C1/(C1+C2)因此变压器容量越大，一次电压越高合闸引起的过电压越严重。为限制此操作过电压，解决的措施是在一次和二次绕组之间加一隔离屏蔽层，屏蔽线圈经铜带接地，屏蔽层与铁芯相连形成另一对地电容C3，此时的过电压倍数将减少到：U2＝U1C1/(C1+C2+C3)同时，在高、低压线圈之间加绕屏蔽线圈，可有效地减少高、低压线圈之间的高次谐波影响，增加励磁变压器的过载能力。五、励磁变裂纹的最终处理方案综合考虑以上因素，凌津滩水电厂励磁变压器裂纹的最终处理方案为：购置一台新变压器，滚动更换三台励磁变压器高压线圈，最后修复的一台励磁变压器留做备用，以防其他机组发生同类事件。其中购置的一台新励磁变压器采用了ABB先进的缠绕式绕组工艺，低压线圈采用铜箔绕制，高压线圈采用铜导线绕制，绝缘系统由玻璃纤维和环氧树脂组成，高、低压绕组之间加静电屏蔽网，屏蔽线圈经铜带接地，F级绝缘，温升为80K，阻抗电压≤6％，IP20防护，强迫风冷，其他参数基本与原励磁变相同。修理的三台励磁变压器仅更换高压线圈，在工厂将原高压线圈拆下并进行解剖，根据解剖参数重新制作高压线圈，材料采用窄铜箔，线圈内外均用玻璃纤维网加强，同样在高、低压绕组之间加静电屏蔽网，屏蔽线圈经铜带接地，F级绝缘，温升为80K，阻抗电压≤6％，IP20防护。励磁变压器安装：1、安装前认真阅读说明书，产品铭牌和产品外形尺寸图，了解产品重量、安装方法等内容，准备好相应的起吊设备和工具。2、变压器带电导体与地的最小安全距离应符合GB10237《电力变压器绝缘水平和绝缘试验外绝缘的空气间隙》的规定。3、励磁变压器主体安装励磁变在户内安装时，应离开墙壁和其它障碍物300mm的距离。用自制起吊架按以上方法吊起变压器，卸下变压器小车轮即可直接放置在使用场地安装。基础槽钢有明显接地，可靠地与接地网连接。调整变压器的安装位置、水平度、垂直度符合图纸设计尺寸和厂家安装说明书的要求。变压器就位调整时应确保其高低压侧连接的高度和中心符合要求。励磁变压器就位调整好后，将其底座与基础槽钢点焊或用螺栓连接方式固定。4、励磁变压器外壳安装外壳底部应与变压器底部（卸掉小车轮）在同一水平面上，主体与外壳之间的相对位置满足厂家要求。变压器高、低压两侧均采用下部进线方式，外壳上配有电缆卡，用低压电缆下出线高压电缆下进线低压电缆下出线高压电缆下进线电缆卡5、安装时，电连接部位螺栓拧力矩分别为：螺栓规格螺栓力矩（N.m）M88.8~10.8M1017.7~22.6M1231.4~39.2M1678.5~98.1新购置和修理的变压器都需经全部出厂试验考核，主要试验项目有：局放试验、感应耐压试验、外施工频耐压试验、线圈各分接位置直流电阻测量、电压比试验及连接组标号校定、空载损耗及空载电流测量、阻抗电压及负载损耗测量。运行前的主要检查项目包括：检查所有的紧固件、连接件、标准件是否松动，并重新紧固一次；检查运输时拆卸的零部件安装是否妥当，并检查变压器是否有异物存在；检查风机、温控设备以及其它辅助器件能否正常运行；检查变压器的箱体和铁芯装配是否可靠接地；仔细检查在安装过程中有无金属或非金属异物掉入变压器中。六、处理情况及处理后的运行效果2006年11月份，凌津滩电厂完成了8＃机组励磁变压器的更换工作。首台励磁变压器更换后，机组一次启动成功，励磁系统运行稳定，即使在机组满负荷出力情况下，励磁变压器的温升均保持在冷却风扇启动温度设定值以下。对后续三台励磁变压器的滚动修理工作也于2007年3月份全部完成。经过近三年的运行检测，新换的变压器和修理过的变压器均运行正常，确保了电厂机组的安全稳定运行。七、结束语综上所述，玻璃纤维与环氧树脂复合材料配合，其机械强度最佳，其膨胀系数与铜线相接近，由玻璃纤维、环氧树脂组成的复合绝缘材料与铜导线构成的缠绕式绕组，具有明显的抗冲击、抗温度变化和抗裂性能，最能满足凌津滩电厂励磁变压器的特殊运行要求。并且，与原励磁变压器相比，强迫风冷能有效