電力變壓器直阻不平衡的原因、影響及解決辦法研究獲獎科研報告

電力變壓器直阻不平衡的原因、影響及解決辦法研究獲獎科研報告

摘

要：電力變壓器是作為企業(yè)的電力最關鍵設備，其三相直阻不平衡故障在生產(chǎn)運行中危害很大，往往需要切斷工藝負荷，停電、停工進行處理，極端情況下可能造成工廠停車。本文結合相關案例對變壓器直阻不平衡問題的發(fā)現(xiàn)和處理進行研究分析。

關鍵詞：變壓器;直流電阻;三相電阻不平衡率

前言

某公司煉油廠有兩臺50MVA變壓器已使用11年，期間共出現(xiàn)三次直阻不平衡故障，其中一起故障造成煉油廠的大部分裝置失電，造成很大經(jīng)濟損失和嚴重影響。

1、名詞解釋

1.1變壓器

變壓器是通過電磁感應原理實現(xiàn)電能傳遞的，共有兩組線圈，初級線圈和次級線圈。當初級線圈通上交流電時，變壓器鐵芯產(chǎn)生交變磁場，次級線圈就產(chǎn)生感應電動勢，從而得到不同電壓等級的電能，其電壓變比等于變壓器的初級線圈與次級線圈的匝數(shù)之比。

1.2直流電阻

變壓器直流電阻是指給元件通上直流電，所呈現(xiàn)出的電阻，即元件固有的靜態(tài)電阻。變壓器繞組直流電阻測試是出廠、交接和預防試驗的基本項目之一，也是變壓器出現(xiàn)故障后的重要檢查項目。它能反映變壓器的繞線焊接質(zhì)量、分接開關接觸不良、繞組或引出線斷線以及繞組層間和匝間短路等缺陷，是檢測直阻不平衡的直接辦法。

1.3三相電流直阻不平衡率

三相變壓器線圈的直流電阻是變壓器測試中的一項重要性能參數(shù)，它的大小直接反映變壓器三相線圈的電壓電流的平衡性，計算方法為：（最大值-最小值）/平均值。在DL/T596-1996《電力設備預防性試驗規(guī)程》中規(guī)定了變壓器的不平衡率的限值：1.6MVA以上的變壓器，各繞組相平衡率不大于2%，線不平衡率不大于1%。1.6MVA以下的變壓器各繞組相平衡率不大于4%，線不平衡率不大于2%。

2、設備簡介

某公司煉油廠的兩臺50MVA變壓器，承載煉油廠所有用電負荷：54MW。在自備的15MW余熱發(fā)電機運行的情況下，可允許短時單臺變壓器滿載運行。

3、原因分析

3.1高壓引流線與變壓器高壓套管將軍帽接線處松動造成直阻不平衡

例如：2020年1月，煉油1#主變壓器A相高壓引流線與變壓器高壓套管將軍帽接線處發(fā)熱嚴重（發(fā)熱嚴重期間，三相平均溫度約為27℃，-1℃，1℃）。

為消除發(fā)熱隱患，遂采取緊急“倒負荷”措施，將煉油裝置全部負荷倒至2#主變，針對A相發(fā)熱嚴重進行檢查處理。對主變110kV側進行直流電阻檢測得到數(shù)據(jù)：AB相直流電阻309mΩ、BC相直流電阻310mΩ、CA相直流電阻325mΩ，經(jīng)過計算110kV側直阻不平衡率為：5.08%

即（325-309）/（309+310+325）/3*100%=5.08%，直阻不平衡率遠大于規(guī)程里規(guī)定的1%。

檢修人員分別對1#主變壓器三相高壓套管將軍帽進行了拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)是A相套管將軍帽松動。

3.2有載調(diào)壓裝置觸點松動造成直阻不平衡

例如：2019年3月27日，煉油2#主變有載調(diào)壓三相接觸電阻不平衡造成三相繞組匝間短路，變壓器重瓦斯保護動作，導致煉油廠大部分裝置停車，造成很大經(jīng)濟損失和嚴重影響。

由于有載調(diào)壓裝置每調(diào)整一次檔位，其本質(zhì)就是增加或減少線圈的匝數(shù)，不同的檔位有不同的接觸點，當有載調(diào)壓裝置正好調(diào)整到觸點松動的檔位時，會發(fā)生接觸電阻不平衡，觸頭就會拉弧短路，造成變壓器有載調(diào)壓裝置損壞，重瓦斯動作。

3.3變壓器內(nèi)部連接造成直流電阻不平衡

變壓器線圈在繞制、裝配過程中，線圈內(nèi)部導線與導線的連接以及線圈抽頭與引線的連接都采用銅焊或氣焊，然后通過螺絲緊固，當螺絲松動或者焊點出現(xiàn)“虛焊”等情況時，會造成阻值變大，造成變壓器三相直流電阻不平衡。

4、造成的影響

4.1高壓引流線與變壓器高壓套管將軍帽接線處松動造的影響

將軍帽松動，將會引起拉弧，套管持續(xù)放電，由于外部防雨罩的遮擋，內(nèi)部微小拉弧很難被發(fā)現(xiàn)。經(jīng)長時間拉弧后內(nèi)部導電桿就會發(fā)熱氧化，直流電阻也會越來越大，最后造成引線燒斷，設備缺相，企業(yè)大面積停車，并引發(fā)變壓器高壓套管引線燒損、變壓器油變質(zhì)等問題。其維修周期較長，需要經(jīng)過采購備件，放油、更換、加油、試驗等多個步驟，最快也要10天左右，嚴重影響企業(yè)生產(chǎn)。

4.2有載調(diào)壓直阻不平衡造成的影響

有載調(diào)壓其中某一個檔位直阻不平衡平時是很難發(fā)現(xiàn)的，只有在調(diào)整電壓時會逐級進行調(diào)檔，當調(diào)整到直阻不平衡的檔位時就會有嚴重拉弧，造成觸頭表面有燒損，有載調(diào)壓裝置中絕緣油的擊穿值就會下降，當再次調(diào)整檔位時拉弧更加嚴重，瞬間壓力增大從變壓器薄弱點噴油，有載重瓦斯動作，并引起變壓器保護動作，主變壓器跳閘，造成工廠大面積停電。此故障不能及時恢復，需要重新采購有載調(diào)壓裝置、更新變壓器油以及做交接和預防性試驗。維修費用高且耽誤工廠生產(chǎn)，帶來巨大經(jīng)濟損失。

4.3變壓器內(nèi)部直流電阻不平衡造成的影響

當變壓器內(nèi)部出現(xiàn)“虛焊”或者螺絲松動造成直流電阻不平衡是直阻不平衡故障里最難發(fā)現(xiàn)和處理的一種，因為變壓器內(nèi)部往往是最后檢查的部位。當變壓器內(nèi)部出現(xiàn)“虛焊”或松動時會引起變壓器內(nèi)部拉弧，造成壓力過大損毀變壓器，是變壓器故障里最嚴重的一種，若不能及時發(fā)現(xiàn)，將對變壓器內(nèi)部造成巨大損壞，嚴重的甚至造成不可逆故障。此類故障也因其不易發(fā)現(xiàn)和故障突發(fā)性造成采購困難、安裝工期長、耽誤工廠正常生產(chǎn)。

5、解決辦法

5.1高壓引流線與變壓器高壓套管將軍帽接線處松動解決辦法

首先將引線接頭打開，拆下將軍帽，對導電螺紋氧化層用棉紗蘸研磨膏順螺紋方向反復拉磨后用酒精擦拭干凈，再涂抹導電膏，對可能出現(xiàn)滑絲的變壓器套管將軍帽緊固螺栓，可采用10mm絲錐攻絲以恢復絲扣正常。在處理導電桿與將軍帽的螺紋內(nèi)間隙時，須先用千分尺測量厚度，然后加入銅鍍鋅墊片，恢復導電桿與將軍帽的連接并使其受力均勻。

檢修結束后，測量三相直流電阻分別為AB相308

mΩ、BC相309mΩ、CA相309mΩ.經(jīng)過計算三相直阻不平衡率為0.3%。送電后A相套管發(fā)熱現(xiàn)象消除。

5.2有載調(diào)壓直阻不平衡處理方法

有載調(diào)壓裝置直阻不平衡時，首先對變壓器做停電處理，然后吊芯進行檢查，如果發(fā)現(xiàn)分接頭接線松動或有輕微燒損腐蝕的痕跡時，用800目砂紙進行打磨，緊固各分接頭，并進行直流電阻測試。如果發(fā)現(xiàn)燒損腐蝕嚴重須及時對觸點進行原廠備件更換和進行相關交接試驗。

5.3變壓器內(nèi)部直流電阻不平衡解決辦法

當檢測到變壓器內(nèi)部直阻不平衡時首先需要停電做好安全措施，然后用抽油機將變壓器內(nèi)部油抽至干凈的儲油罐。待油抽完后，打開變壓器檢修人孔，檢修人員穿干凈無菌的防護服進入變壓器，分別對每相焊點、壓接點逐一檢測。檢測方法為邊測直流電阻，邊活動內(nèi)部焊點及壓接點，當出現(xiàn)直阻變化較大時，活動的焊點及壓接點即為故障點。待處理完故障點后，對所有焊點及壓接點進行緊固，然后再進行直流電阻測試。最后對變壓器油進行過濾和試驗，試驗合格，可將變壓器油抽回變壓器觀察運行，若變壓器油不合格，須更換新變壓器油。

6、結束語

變壓器直流電阻不平衡會造成三相電壓不平衡、故障點發(fā)熱，甚至造成變壓器損毀事故，嚴重的引起工廠停工，造成巨大的經(jīng)濟損失。通過總結主變壓器故障案例和處理辦法，在平時的工作當中需著重監(jiān)測變壓器各接觸點、連接