大型变压器低压侧套管升高座法兰螺栓过热原因分析及处理培训

大型变压器低压侧套管升高座法兰螺栓过热原因分析及处理培训CONTENTS目录01变压器设备概述02螺栓过热故障现象与危害03过热原因理论分析04处理措施与技术方案CONTENTS目录05案例处理过程与效果验证06预防措施与运行维护07总结与展望01变压器设备概述大型变压器基本结构与功能核心结构组成大型变压器主要由铁芯、绕组、油箱、套管（含升高座）、冷却系统等构成。铁芯采用高导磁硅钢片叠制，绕组分高低压侧，油箱为封闭结构容纳器身与绝缘油，套管负责引出线绝缘与连接。低压侧套管升高座作用升高座是连接变压器本体与低压侧套管的关键部件，用于支撑套管、提供引线空间，保障低压侧电流安全引出。其法兰通过螺栓与油箱紧固，需承受电动力与热应力。冷却方式分类常见冷却方式包括油浸自然循环空气自然冷却（ONAN）、油浸自然循环空气强迫冷却（ONAF）、油浸强迫循环空气强迫冷却（OFAF），如湄洲湾电厂主变即采用此三类组合冷却。额定参数示例以Alstom三相双绕组变压器为例，额定电压24/242kV，容量282/376/470MVA，通过不同冷却方式实现容量调整，满足电网负荷变化需求。低压侧套管升高座的作用与结构特点升高座的核心功能升高座主要作用是为变压器套管提供安装平台，实现引线连接，并通过绝缘设计保证电气安全距离，稳定电压输出。典型结构组成通常由法兰、筒壁、内部绝缘件及紧固螺栓构成，与变压器油箱通过法兰面连接，内部需满足绝缘和散热要求。与主变的连接方式通过法兰螺栓与变压器本体油箱结合，连接处需安装密封胶垫防止漏油，如湄洲湾电厂#2主变即采用此连接结构。大型变压器的设计特点大容量变压器（如282/376/470MVA）的升高座需考虑漏磁通影响，部分早期产品因油箱内壁无屏蔽层，易引发局部过热问题。典型变压器技术参数案例（湄洲湾电厂#2主变）变压器类型与基本参数型号为Alstom三相双绕组油浸式变压器，额定电压24/242kV，容量282/376/470MVA，具备ONAN、ONAF、OFAF三种冷却方式。投运与故障发现时间2000年10月投入运行，2004年8月发现低压侧套管升高座法兰螺栓过热故障，过热导致密封圈老化漏油，日均漏油量达7KG。故障螺栓温度数据远红外测温显示：靠近启备变侧螺栓最高温度230℃，维修办公楼侧螺栓最高180℃，附近数颗螺栓达160℃左右，其余螺栓温度约85℃。02螺栓过热故障现象与危害故障现象典型案例（湄洲湾电厂）设备基本信息

湄洲湾电厂#2主变为Alstom三相双绕组油浸式变压器，额定电压24/242KV，容量282/376/470MVA，冷却方式包括ONAN、ONAF、OFAF，2000年10月投入运行。过热螺栓温度数据

2004年8月检测发现，靠近启备变侧升高座与油箱结合面螺栓温度高达230℃，维修办公楼侧螺栓达180℃，附近另有几颗螺栓约160℃，其余螺栓温度与升高座相近约85℃。伴随故障表现

过热导致低压侧升高座与本体接合面密封圈老化，出现漏油现象，平均每天漏油量达7KG，严重威胁变压器安全运行。故障现象典型案例（瀑布沟水电站）

01设备概况与运行背景瀑布沟水电站500kV主变压器自2009年11月第一台投运，全站共6台三相组合式变压器，低压侧采用低压接线盒方式连接，此技术在国内尚属新技术，便于运输，在大型水电站中应用广泛。

02发热现象特征描述运行中发现主变压器低压侧升高座法兰及螺栓温度较高，且温度随发电机负荷增加而升高。当发电机满负荷时，升高座法兰螺栓温度高达140℃以上，升高座法兰及筒壁温度也在90℃以上。

03故障影响与普遍性该过热现象严重威胁设备健康运行。据了解，国内其他采用三相组合式变压器的水电站也存在类似现象，彻底解决此类问题对保障大型水电站主变安全稳定运行具有重要意义，仍需持续探索与研究。过热螺栓温度特征与分布规律01过热螺栓温度极值特征湄洲湾电厂#2主变低压侧升高座螺栓温度最高达230℃，淮北电厂5号主变钟罩螺栓温度达325℃，均远超正常运行温度（约80-85℃）。02温度与负荷关联性特征负荷升高时温度显著上升，如瀑布沟水电站主变满负荷时螺栓温度达140℃以上；负荷降低时温度下降，淮北电厂机组负荷从200MW降至170MW，螺栓温度从325℃降至260℃。03温度分布区域聚集特征发热螺栓多集中于低压侧，如邯钢中板厂变压器发热螺栓均位于低压侧；高温点常出现在弹垫处，因螺帽受本体加强筋限制无法有效接触，导致局部涡流损耗集中。04螺栓紧固度与温度关系特征紧固螺栓接触电阻小，泄放电流大，发热更严重；旋松后温度显著下降，湄洲湾电厂松脱过热螺栓螺帽后温度大幅降低，验证了紧固度对温度的直接影响。过热故障的主要危害（漏油、绝缘老化等）

密封件老化导致漏油螺栓过热可造成升高座与本体接合面密封圈老化，如湄洲湾电厂#2主变曾因过热导致平均每天漏油量达7KG，严重威胁设备安全运行。

绝缘油劣化分解局部过热使变压器绝缘油加速老化裂解，产生气体和酸性物质，可能引发瓦斯保护动作，甚至导致绕组绝缘击穿，如邯钢中板厂案例中提及的油泥沉积和酸度增加问题。

设备停运与系统瘫痪风险严重过热可能导致密封胶垫烧坏、油箱变形，迫使主变压器停运，如淮北电厂5号主变螺栓过热至325℃，若未及时处理将造成机组非计划停运，影响电网稳定。

金属结构件损坏高温使螺栓等金属部件机械强度下降，可能引发结构松动或断裂，同时过热产生的涡流损耗加剧设备疲劳，缩短变压器使用寿命。03过热原因理论分析变压器漏磁通与附加铁损原理

漏磁通的产生与路径变压器负载运行时，除主磁通外，还存在仅与一个绕组交链且主要通过变压器油或油箱壁闭合的漏磁通。负载电流的大小决定漏磁场的大小，其分布规律影响涡流损耗。

附加铁损的构成与危害附加铁损主要包括漏磁通在夹件、油箱等构件引起的涡流损耗，以及铁芯接缝处磁通密度不均导致的损耗。对大型变压器，漏磁场强，易使铁磁结构件发热，引发局部过热故障。

漏磁通与螺栓过热的关联漏磁通通过导磁材料（如普通钢螺栓）时，会因电磁感应产生涡流损耗，导致螺栓发热。负荷增加使漏磁通增大，涡流损耗随之上升，螺栓温度升高，如某案例中负荷350MW时螺栓温度达125℃。

结构设计对漏磁的影响国内早期变压器产品油箱两侧内壁无屏蔽层，漏磁通易在油箱壁闭合产生涡流。大型变压器需采用电屏蔽（铝板）或磁屏蔽（硅钢片）减少附加铁损，非磁性材料（如不锈钢）可降低螺栓涡流损耗。涡流损耗产生机制与影响因素

涡流损耗的产生原理变压器运行时，漏磁通在铁磁材料制成的结构件（如螺栓、油箱壁）中感应出涡流，涡流在导体中流动产生焦耳热，导致局部过热。漏磁通密度越高、交变频率越大，涡流损耗越严重。

漏磁通的主要来源漏磁通主要由绕组负载电流产生，经绕组、油及油箱壁等结构部件形成闭合回路。大型变压器因额定电流大，漏磁场更强，易在金属构件中产生涡流损耗。

材料导磁性对涡流的影响普通钢等强导磁材料会吸引大量漏磁通通过，导致螺栓内部磁通密度升高，高密度交变磁通产生大涡流。如邯钢案例中，普通钢螺栓因导磁性强成为涡流发热的主要部位。

负荷变化对涡流损耗的影响负荷升高时，漏磁通随电流增大而增加，涡流损耗随之上升，螺栓温度显著升高。如瀑布沟水电站主变在满负荷时，升高座法兰螺栓温度高达140℃以上，负荷降低后温度明显下降。螺栓材质导磁性对涡流的影响普通钢螺栓的导磁特性与涡流损耗普通钢具有较强的导磁性能，在变压器漏磁场作用下，大量漏磁通通过螺栓，高密度交变磁通在螺栓内部产生较大涡流，导致过热。例如邯钢中板厂变压器上下钟罩连接螺栓因采用普通钢材质，在漏磁场作用下出现过热现象。低导磁材料螺栓的应用效果选用黄铜、不锈钢等低导磁材料作为连接螺栓，可改变穿过螺栓的磁通路径，显著降低螺栓内部涡流损耗，有效减轻发热。湄洲湾电厂将#2主变低压侧升高座法兰螺栓的镀锌螺帽更换为不锈钢螺帽后，过热问题得到改善。材质选择对涡流发热的抑制原理低导磁材料的磁导率较低，能减少漏磁通在螺栓中的通过量，从而降低涡流产生的条件。通过材料替换，可从源头上减少螺栓因涡流导致的过热风险，是处理螺栓过热问题的重要措施之一。油箱结构设计缺陷（无屏蔽层）分析

早期变压器油箱设计共性问题国内早期大型变压器产品在设计上普遍存在油箱两侧内壁无屏蔽层的缺陷，无法有效阻断漏磁通路径，导致附加铁损增大，是引起结构件过热的重要因素。

漏磁通与附加铁损的关系大型变压器运行时电流极大，漏磁场强，无屏蔽层的油箱壁易成为漏磁通闭合路径，在夹件、油箱等铁磁构件中产生涡流损耗，引发局部过热故障。

屏蔽层的作用与常规解决方案电屏蔽（铝板）和磁屏蔽（硅钢片）是减少附加铁损的有效方式，通过在油箱内壁装设屏蔽层，可显著降低漏磁通在结构件中的涡流损耗，保障设备安全运行。红外测温技术在故障检测中的应用

红外测温技术的基本原理红外测温技术通过接收物体发出的红外辐射信号，经处理转换为温度数据，可非接触式测量设备表面温度，直观显示温度分布，快速发现异常发热点。

变压器螺栓过热的典型检测案例湄洲湾电厂#2主变低压侧升高座螺栓过热时，用远红外测温仪测得最高温度达230℃，附近螺栓160℃左右，而正常螺栓温度约85℃，明确过热位置及程度。

红外测温在故障诊断中的关键作用可实时监测设备温度变化，如淮北电厂5号主变钟罩螺栓过热时，红外测温发现温度随负荷变化显著，负荷200MW时螺栓达325℃，降至170MW时温度降至260℃，为故障分析提供数据支持。

红外测温技术的应用优势具有非接触、快速便捷、直观形象等优点，能在设备运行中及时发现局部过热缺陷，如邯钢中板厂通过红外成像测温仪发现变压器高温点多位于弹垫处，为针对性处理提供依据，是电气设备巡检的重要手段。螺栓松紧度与温度关系试验

松脱过热螺栓测试疑似螺栓安装不紧、螺栓与升高座法兰接触不良导致漏磁涡流过热。松脱主要过热螺栓螺帽后，温度大幅下降，排除此疑似原因。

紧固其他螺栓测试对其他螺栓进行紧固操作后测温，发现再次紧固后的螺栓温度明显上升；旋松后的螺栓温度明显下降，显示螺栓松紧度与温度存在关联。

接触电阻与泄放电流分析基于电磁感应原理，运行中变压器漏磁在本体表面与升高座法兰间感应电流，正常通过外壳、底座、接地铜线泄放。螺栓越紧固接触电阻越小，泄放电流越大，发热越严重。不同负荷下温度变化规律分析负荷与温度正相关特性变压器螺栓温度随机组负荷增减呈明显变化，负荷升高温度上升，负荷降低温度下降。如瀑布沟水电站主变满负荷时升高座法兰螺栓温度高达140℃以上，湄洲湾电厂#2主变在机组负荷350MW时螺栓温度最高125℃。漏磁通与涡流损耗关系负荷增加导致铁芯磁饱和，磁通溢出使漏磁通增大，在螺栓等金属构件中产生更大涡流损耗，导致温度升高。邯钢中板厂变压器实测显示，负荷高时漏磁通增加，连接螺杆涡流损耗增大，温度显著上升。典型案例温度变化数据淮北电厂5号主变在机组负荷200MW时，钟罩螺栓温度达325℃；负荷降至170MW时，温度降至260℃。湄洲湾电厂#2主变处理后，在350MW负荷下螺栓温度稳定在80-125℃，验证了负荷对温度的影响规律。综合原因判定：漏磁通与接触电阻共同作用

漏磁通的产生与分布特性大型变压器运行时，低压侧漏磁通较强，尤其在油箱壁、升高座等金属构件处易形成闭合回路。国内早期产品因油箱内壁无磁屏蔽层，漏磁通更易通过导磁材料螺栓，产生涡流损耗导致发热。

螺栓材质与漏磁通的相互作用普通钢螺栓导磁性强，在交变漏磁场中易形成涡流。如邯钢案例中，普通钢螺栓因漏磁通穿过产生高密度交变磁通，涡流损耗显著增大，导致螺栓过热。

接触电阻对电流分布的影响螺栓紧固力矩差异导致接触电阻不同：紧固螺栓接触电阻小，泄放电流大，发热严重（如湄洲湾电厂螺栓紧固后温度上升，旋松后下降）；反之则发热较轻，形成局部过热现象。

多因素耦合的综合效应漏磁通提供能量来源，螺栓材质决定涡流损耗程度，接触电阻差异导致电流分布不均，三者共同作用使升高座法兰螺栓成为过热故障的薄弱环节，尤其在高负荷运行时（如瀑布沟水电站满负荷时螺栓温度达140℃以上）。04处理措施与技术方案材料更换方案：不锈钢螺帽与绝缘垫片应用

镀锌螺帽更换为不锈钢螺帽将主变低压侧升高座法兰螺栓上原有的镀锌螺帽全部更换为不锈钢螺帽，利用不锈钢材料的低导磁特性，降低螺栓内部的涡流损耗，从而减轻发热现象。

镀锌平垫片更换为绝缘垫片把原有的镀锌平垫片更换为绝缘垫片，如胶木垫、云母垫等，通过绝缘垫片阻断漏磁通回路经过螺栓，进一步降低螺栓内部的涡流损耗，减少发热。

螺栓紧固力矩控制更换材料后，对螺栓进行紧固时，严格控制螺栓紧固力矩在80-85Nm之间，尽量做到各螺栓的紧固力相同，以保证连接的稳定性和一致性，避免因紧固力不均导致的局部过热问题。汇流铜排加装与接地优化

汇流铜排加装方案在低压侧升高座与变压器本体之间加装汇流铜排并压在油箱上，从低压侧升高座的法兰螺栓上四侧分别接两根接地引线连接至汇流铜排并引至大地，增加螺栓的散热面并起到较好的分流效果。

接地引线设置要求接地引线应采用多股铜导线，确保连接牢固可靠，截面积满足载流要求，以有效将感应电流泄放至大地，降低螺栓上的电流负荷。

实施效果验证某电厂处理后投入运行，用红外测温仪测量#2变压器靠近启备变侧螺栓温度最高为125℃，维修办公楼侧的螺栓温度最高为110℃，其余螺栓的温度均与低压侧升高座温度相近在80℃左右，连续运行三个月效果良好。螺栓紧固力矩标准与施工工艺

紧固力矩标准制定根据变压器型号及螺栓规格，明确主变低压侧升高座法兰螺栓紧固力矩为80-85Nm，确保各螺栓受力均匀，减少因松紧差异导致的电流分布不均。

材料选用规范将镀锌螺帽更换为不锈钢螺帽，镀锌平垫片更换为绝缘垫片，降低螺栓导磁性及涡流损耗，阻断漏磁通回路，减少发热风险。

施工工艺要点采用扭矩扳手按对称顺序分步紧固，确保力矩达到标准值；安装前清洁螺栓及法兰表面，涂抹电力脂增强导电性与防氧化性，避免接触不良。

质量验收要求施工后通过红外测温仪检测螺栓温度，确保与升高座温度相近（80℃左右），连续运行三个月无异常发热及漏油现象，验证紧固效果。磁屏蔽与电屏蔽技术应用

磁屏蔽技术原理与材料选择磁屏蔽通过导磁材料（如硅钢片）引导漏磁通，减少结构件中的涡流损耗。硅钢片具有高磁导率，且片间绝缘可降低涡流，常用于大型变压器油箱内壁屏蔽。电屏蔽技术原理与材料选择电屏蔽采用反磁材料（如铝板），利用涡流产生反向磁场抵消漏磁通。铝板作为电屏蔽可有效阻断漏磁通路径，降低金属构件的附加铁损。早期变压器屏蔽缺陷及改造方案国内早期变压器产品油箱两侧内壁无屏蔽层，导致漏磁通引发螺栓过热。解决方案包括大修时在箱体边缘内侧增加硅钢片磁屏蔽或铝板电屏蔽，以隔断漏磁路径。屏蔽技术应用效果加装屏蔽后，可显著降低漏磁通在夹件、油箱等结构件中的涡流损耗，结合低导磁螺栓、绝缘垫片等措施，能有效控制螺栓温度，保障变压器安全运行。硅钢片导磁块旁路漏磁通方案方案原理利用硅钢片良好的导磁性能，在发热螺栓附近、上下节钟罩气隙处填充导磁块，通过提供低磁阻路径，旁路螺栓处的漏磁通，降低螺栓内部的磁通密度，从而减少涡流损耗和发热。材料选择选用导磁性能优良的硅钢片，其薄片结构及片间绝缘处理可有效减少自身涡流损失，是实现磁通旁路的理想材料。实施要点在变压器停电检修时，于发热螺栓附近的上下钟罩气隙等漏磁通密集区域，精准填充裁剪好的硅钢片导磁块，确保与相关部件紧密接触，形成有效的磁通旁路通道。05案例处理过程与效果验证湄洲湾电厂#2主变处理实施步骤放油与密封圈更换利用小修停电机会对#2变压器进行放油，更换低压侧升高座法兰密封圈，解决因过热导致的密封圈老化漏油问题，原漏油量达7KG/天。螺栓与垫片材质升级将主变低压侧升高座法兰螺栓上的镀锌螺帽全部更换为不锈钢螺帽，镀锌平垫片更换为绝缘垫片，减少涡流损耗。螺栓紧固力矩控制统一螺栓紧固力矩为80-85Nm，确保各螺栓紧固力相同，避免因松紧差异导致的电流分布不均。汇流铜排加装与接地优化在低压侧升高座与变压器本体之间加装汇流铜排并压在油箱上，从法兰螺栓四侧分别接两根接地引线至汇流铜排后引至大地，增加散热面并分流。处理前后温度对比分析

处理前螺栓过热情况湄洲湾电厂#2主变处理前，靠近启备变侧螺栓温度高达230℃，维修办公楼侧螺栓温度达180℃，附近另有几颗螺栓温度约160℃，其余螺栓温度约85℃。

处理后螺栓温度改善效果经更换不锈钢螺帽、绝缘垫片，加装汇流铜排及接地引线处理后，机组负荷350MW时，启备变侧螺栓最高温度降至125℃，维修办公楼侧螺栓最高温度降至110℃，其余螺栓温度约80℃。

温度下降幅度及长期稳定性关键过热螺栓温度下降幅度超过40%，连续运行三个月效果良好，漏油问题彻底解决，螺栓温度保持稳定，确保了变压器安全运行。长期运行效果跟踪（三个月验证）

01关键温度指标监测结果处理后机组负荷350MW时，湄洲湾电厂#2主变靠近启备变侧螺栓温度最高为125℃，维修办公楼侧螺栓温度最高为110℃，其余螺栓温度与低压侧升高座温度相近在80℃左右，较处理前230℃、180℃等高温显著下降。

02漏油问题解决情况通过更换低压侧升高座法兰密封圈，结合螺栓紧固工艺优化，漏油现象彻底解决，消除了平均每天7KG的漏油量，保障了变压器油位稳定和绝缘性能。

03运行稳定性综合评估连续三个月运行期间，设备未出现螺栓过热复发及漏油问题，红外测温数据稳定，各项运行参数正常，验证了处理措施的有效性和可靠性，确保了变压器的安全稳定运行。其他案例处理经验借鉴邯钢中板厂宽厚板线变压器螺栓处理采用低导磁材料（黄铜、不锈钢）替换普通钢螺栓，选用绝缘垫片（胶木垫、云母垫）阻断漏磁通回路，降低螺栓涡流损耗，处理后运行半年未再出现发热现象。淮北电厂主变钟罩螺栓处理对过热螺栓外部跨接短路环（扁铁）分流，清洁接触不良螺栓并涂抹电力脂重新紧固，处理后螺栓温度降至60℃以下，连续15天实测效果稳定。瀑布沟水电站升高座法兰发热处理启示针对三相组合式变压器低压侧法兰随负荷增加温度升高现象（满负荷时螺栓温度达140℃以上），提出需持续探索磁屏蔽优化、引线布置调整等技术方案，为同类设备处理提供方向。06预防措施与运行维护定期红外测温与状态监测

红外测温的重要性与应用场景红外测温技术是发现变压器螺栓过热故障的关键手段，可有效检测运行中设备的温度异常。如湄洲湾电厂#2主变曾用远红外测温仪测得过热螺栓温度高达230℃，淮北电厂5号主变螺栓温度达325℃，为故障诊断提供直接数据。

测温周期与数据对比分析应制定定期测温计划，建议每周至少1次，负荷高峰时段增加频次。通过对比不同负荷下的温度数据（如机组满负荷与低负荷时），可发现温度随负荷变化的规律，如瀑布沟水电站主变螺栓温度随发电机负荷增加而升高，满负荷时达140℃以上。

状态监测的扩展手段除红外测温外，还应结合油中溶解气体分析（监测因过热产生的特征气体）、直流电阻测试（检测接头接触电阻）等手段，全面评估设备状态。例如，通过直阻试验可发现套管将军帽内部接触不良导致的三相不平衡问题。

监测数据的记录与趋势预警建立完善的温度监测档案，记录每次测温数据及环境条件。对温度异常点进行趋势分析，当螺栓温度超过85℃（参考湄洲湾电厂正常螺栓温度）或与其他螺栓温差超过50℃时，需立即安排检查处理，防止故障扩大。检修工艺规范与质量控制

螺栓更换工艺标准将镀锌螺帽全部更换为不锈钢螺帽，镀锌平垫片更换为绝缘垫片，确保各螺栓紧固力矩统一控制在80-85Nm之间，避免因松紧差异导致电流分布不均。汇流铜排安装要求在低压侧升高座与变压器本体之间加装汇流铜排并可靠压接于油箱，从法兰螺栓四侧分别引两根接地引线连接至汇流铜排后接地，增