凌津灘電廠勵磁變壓器裂紋的處理

1、凌津灘電廠勵磁變壓器裂紋的處理軍（五凌電力凌津灘水電廠）摘要：本文分析了凌津灘水電廠勵磁變壓器產(chǎn)生嚴重缺陷的原因，并對勵磁變壓器修理、更換改造工程進行了介紹，同時，對勵磁變壓器的特點、特殊性及其重要參數(shù)進行了闡述。關(guān)鍵詞：環(huán)氧樹脂局次諧波渦流損耗溫升一、概述：凌津灘水電廠位于省桃源縣境，是沅水干流的最后一個梯級電站。電廠安裝有9臺單機為30MW的燈泡貫流式機組，總裝機容量為270MW,是一座以發(fā)電為主，兼有航運、防洪效益，并作為上游五強溪水電廠的反調(diào)節(jié)電廠。凌津灘電廠的機組勵磁系統(tǒng)由瑞士ABB公司成套供應(yīng)，勵磁變壓器為澆注干式變壓器，額定容量780KVA,電壓等級10.5KV/540V,絕緣等

2、級是F級,繞組允許溫升是80K，冷卻方式為自然空氣冷卻。2006年9月5日，凌津灘電廠8#機組C級檢修期間，在對勵磁變進行檢查時發(fā)現(xiàn)勵磁變壓器高壓側(cè)絕緣外殼三相均出現(xiàn)不同程度的裂紋，隨即對其余8臺機組的勵磁變壓器進行了檢查，發(fā)現(xiàn)6#、9#機組勵磁變壓器高壓側(cè)絕緣外殼三相也都出現(xiàn)了裂紋，繼續(xù)運行將有絕緣擊穿、匝間短路的可能，嚴重影響了凌津灘電廠機組的安全穩(wěn)定運行。二、勵磁變高壓側(cè)絕緣層開裂原因分析凌津灘電廠勵磁變壓器結(jié)構(gòu)為：低壓線圈采用鋁箔繞制，層間絕緣為DMD（一種耐高溫的聚酯薄膜）；高壓線圈采用鋁導(dǎo)線繞制，經(jīng)環(huán)氧樹脂在真空下澆注成型，線圈外表而環(huán)氧樹脂絕緣層厚約8mm,為厚絕緣結(jié)構(gòu)。導(dǎo)致高壓

3、線圈開裂的原因分析如下：1、變壓器用于勵磁系統(tǒng)屬于整流變壓器類別，高壓線圈有一定分量的高次諧波通過，此高次諧波會在鋁導(dǎo)線中產(chǎn)生渦流，因此變壓器發(fā)熱量比同容量的普通配電變壓器高；2、高壓線圈為厚絕緣結(jié)構(gòu)，散熱較慢，線圈溫度分布梯度較大，導(dǎo)致部應(yīng)力增加；3、環(huán)氧樹脂和石英粉組成的絕緣系統(tǒng)中無玻璃纖維加強，其結(jié)構(gòu)強度較差，在高溫下有一定的脆性，部應(yīng)力易導(dǎo)致其開裂。2001年前的產(chǎn)品均未在環(huán)氧樹脂澆注絕緣層中加入玻璃纖維網(wǎng)，機械強度較差。樹脂復(fù)合材料的性能參數(shù)如下表1所示：名稱、介電弓雖度KV/mm沖擊強度Kl/m2彎曲弓雖度MPa線膨脹系數(shù)10-VC#屯環(huán)氧16-1918-25130-15060-7

4、0石英粉環(huán)氧18-2010-12110-12028-35玻璃纖維環(huán)氧18-2040-60420-48016-20銅17鋁24表1樹脂復(fù)合材料的性能參數(shù)4、高壓線圈的導(dǎo)體為鋁導(dǎo)線，絕緣系統(tǒng)為環(huán)氧樹脂和石英粉組成，由表1可看出，導(dǎo)線和絕緣的熱膨脹系數(shù)不一致并相差較大，鋁導(dǎo)線在熱脹冷縮時會對絕緣系統(tǒng)產(chǎn)生較大的部應(yīng)力，此應(yīng)力是導(dǎo)致導(dǎo)線線圈開裂的根木原因。圖18#機組勵磁變裂紋三、勵磁變的特殊性勵磁變壓器因其負載特性和工作性質(zhì)的特殊，其設(shè)計、制造、運行、維護方面的要求都比普通配電變壓器要高，當(dāng)使用干式變壓器作為勵磁變時，它是干式特種變中的特種變。勵磁變壓器在工作時，負載為感性，所以工作電流都是非正弦形的

5、，除基波外還含有大量的高次諧波分量，從而產(chǎn)生附加的渦流損耗和雜散損耗，這個實際工作電流產(chǎn)生的總損耗遠遠大于基波工頻電流產(chǎn)生的總損耗。勵磁變壓器二次繞組中流過的是非線性電流，在鐵芯中會產(chǎn)生高次諧波磁通，從而使鐵心很容易過激磁而達到飽和。另外，勵磁系統(tǒng)在啟動瞬間頻率較低，磁密相對較高流所產(chǎn)生的附加損耗作為勵磁變壓器溫升試驗損耗,并以此為依據(jù)進行溫升設(shè)計。普通干式變壓器的絕緣等級的溫升按IEC-726-1982標準如表2所示:變壓器的部件絕緣等級溫升限值(K)測量方法繞組80電阻法.F100H125鐵芯不超過絕緣材料的允許溫升溫度計法表2變壓器的溫升極限確定勵磁變壓器溫升極限時，可按采用絕緣等級降低

6、一級溫升標準，以抵消如前所說附加的渦流損耗和朵散損耗造成的溫升升高，對于F級絕緣的勵磁變壓器，在綜含考慮以上因素后確定溫升限值不超過80K。3、磁密由于勵磁變壓器鐵芯中會產(chǎn)生高次諧波磁通，從而使鐵心很容易過激磁而達到飽和，并且在啟動瞬間磁密相對較高，勵磁變壓器鐵芯的磁密選取要比一般的干式變壓器低，通常在1.5T左右。4、額定容量及額定電壓勵磁變壓器的額定容量取決于勵磁系統(tǒng)應(yīng)提供的直流額定功率值，對于凌津灘電廠的機組自勵系統(tǒng)來說，勵磁變一次電壓與發(fā)電機端電壓相同，二次電壓由勵磁系統(tǒng)的頂值電壓決定，二次電流由發(fā)電機勵磁繞組的最大持續(xù)電流決定，由下式可簡單地估算勵磁變壓器的額定功率值：S=l.35U

7、I(式中U為勵磁系統(tǒng)頂值電壓，I為發(fā)電機最大持續(xù)電流值)5、操作過電壓保護由于勵磁變壓器的繞組間存在寄生電容，為此當(dāng)勵磁變壓器的電源投入或切出以及外部過電壓均會在變壓器中產(chǎn)生交流過電壓。對于合閘引起的過電壓，假定C1為一次和二次繞組間的寄生電容，C2為二次繞組對鐵芯之間的電容，在合閘瞬間由C1和C2電容構(gòu)成的充電電路引起位移電荷，由此一次傳到二次側(cè)的過電壓為：U2=U1C1/(C1+C2)因此變壓器容量越大，一次電壓越高合閘引起的過電壓越嚴重。為限制此操作過電壓，解決的措施是在一次和二次繞組之間加一隔離屏蔽層，屏蔽線圈經(jīng)銅帶接地，屏蔽層與鐵芯相連形成另一對地電容C3,此時的過電壓倍數(shù)將減少到：

8、U2=U1C1/(C1+C2+C3)同時，在高、低壓線圈之間加繞屏蔽線圈，可有效地減少高、低壓線圈之間的高次諧波影響，增加勵磁變壓器的過載能力。五、勵磁變裂紋的最終處理方案綜合考慮以上因素，凌津灘水電廠勵磁變壓器裂紋的最終處理方案為：購置一臺新變壓器，滾動更換三臺勵磁變壓器高壓線圈，最后修復(fù)的一臺勵磁變壓器留做備用，以防其他機組發(fā)生同類事件。其中購置的一臺新勵磁變壓器采用了ABB先進的纏繞式繞組工藝，低壓線圈采用銅箔繞制，高壓線圈采用銅導(dǎo)線繞制，絕緣系統(tǒng)由玻璃纖維和環(huán)氧樹脂組成，高、低壓繞組之間加靜電屏蔽網(wǎng)，屏蔽線圈經(jīng)銅帶接地，F(xiàn)級絕緣，溫升為80K,阻抗電壓W6%,IP20防護，強迫風(fēng)冷，其

9、他參數(shù)基木與原勵磁變相同。修理的三臺勵磁變壓器僅更換高壓線圈，在工廠將原高壓線圈拆下并進行解剖，根據(jù)解剖參數(shù)重新制作高壓線圈，材料采用窄銅箔，線圈外均用玻璃纖維網(wǎng)加強，同樣在高、低壓繞組之間加靜電屏蔽網(wǎng)，屏蔽線圈經(jīng)銅帶接地，F(xiàn)級絕緣，溫升為80K,阻抗電壓W6%,IP20防護勵磁變壓器安裝：1、安裝前認真閱讀說明書，產(chǎn)品銘牌和產(chǎn)品外形尺寸圖，了解產(chǎn)品重安、安裝方法等容，準備好相應(yīng)的起吊設(shè)備和工具。2、變壓器帶電導(dǎo)體與地的最小安全距離應(yīng)符合GB10237電力變壓器絕緣水平和絕緣試驗外絕緣的空氣間隙的規(guī)定。3、勵磁變壓器主體安裝勵磁變在戶安裝時，應(yīng)離開墻壁和其它障礙物300mm的距離。用自制起吊架

10、按以上方法吊起變壓器，卸下變壓器小車輪即可直接放置在使用場地安裝?；A(chǔ)槽鋼有明顯接地，可靠地與接地網(wǎng)連接。調(diào)整變壓器的安裝位置、水平度、垂直度符合圖紙設(shè)計尺寸和廠家安裝說明書的要求。變壓器就位調(diào)整時應(yīng)確保其高低壓側(cè)連接的高度和中心符合要求。勵磁變壓器就位調(diào)整好后，將其底座與基礎(chǔ)槽鋼點焊或用螺栓連接方式固定。4、勵磁變壓器外殼安裝外殼底部應(yīng)與變壓器底部（卸掉小車輪）在同一水平面上，主體與外殼之間的相對位置滿足廠家要求。變壓器高、低壓兩側(cè)均采用下部進線方式，外殼上配有電纜卡，于固定進線電纜有：直流電阻測阻抗電壓及；檢查5、安裝時，電連接部位螺栓擰力矩分別為螺栓規(guī)格螺栓力矩（N.m）M88.8-10

11、.8M1017.722.6M1231.439.2M1678.598.1新購置和修理的變壓器都需經(jīng)全部出廠試驗考核，主要試驗項目局放試驗、感應(yīng)耐壓試驗、外施工頻耐壓試驗、線圈各分接位置量、電壓比試驗及連接組標號校定、空載損耗及空載電流測量、負載損耗測量。運行前的主要檢查項目包括：檢查所有的緊固件、連接件、標準件是否松動，并重新緊固一次運輸時拆卸的零部件安裝是否妥當(dāng)，并檢查變壓器是否有異物存在；檢查風(fēng)機、溫控設(shè)備以及其它輔助器件能否正常運行；檢查變壓器的箱體和鐵芯裝配是否可靠接地；仔細檢查在安裝過程中有無金屬或非金屬異物掉入變壓器中。六、處理情況及處理后的運行效果2006年11月份，凌津灘電廠完成了8#機組勵磁變壓器的更換工作。首臺勵磁變壓器更換后，機組一次啟動成功，勵磁系統(tǒng)運行穩(wěn)定，即使在機組滿負荷出力情況下，勵磁變壓器的溫升均保持在冷卻風(fēng)扇啟動溫度設(shè)定值以下。對后續(xù)三臺勵磁變壓器的滾動修理工作也于2007年3月份全部完成。經(jīng)過近三年的運行檢測，新?lián)Q的變壓器和修理過的變壓器均運行正常，確保了電廠機組的安全穩(wěn)定運行。七、結(jié)束語綜上所述，玻璃纖維與環(huán)氧樹脂復(fù)合材料配合，其機械強度最佳，其膨脹系數(shù)與銅線相接近，由玻璃纖維、環(huán)氧樹脂組成的復(fù)合絕緣材料與銅導(dǎo)線構(gòu)成的纏繞