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1、凌津滩电厂励磁变压器裂纹的解决刘军 (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因素，并对励磁变压器修理、更换改造工程进行了简介,同步,对励磁变压器的特点、特殊性及其重要参数进行了论述。核心词：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种梯级电站。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7M,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AB公司成套供应，励磁变压器为浇注干式变压器,额定容量80VA,电压级别.5KV/40V
2、，绝缘级别是F级,绕组容许温升是80K，冷却方式为自然空气冷却。9月5日，凌津滩电厂8#机组级检修期间,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浮现不同限度的裂纹，随后对其他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浮现了裂纹,继续运营将有绝缘击穿、匝间短路的也许，严重影响了凌津滩电厂机组的安全稳定运营。二、励磁变高压侧绝缘层开裂因素分析凌津滩电厂励磁变压器构造为：低压线圈采用铝箔绕制,层间绝缘为D(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，为厚绝缘构造。导致高压线圈开
3、裂的因素分析如下：、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一般配电变压器高；、高压线圈为厚绝缘构造,散热较慢，线圈内温度分布梯度较大，导致内部应力增长；3、环氧树脂和石英粉构成的绝缘系统中无玻璃纤维加强，其构造强度较差,在高温下有一定的脆性，内部应力易导致其开裂。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构成，由表可看出，导线和绝缘的热膨胀系数不一致并相差较大,铝导
4、线在热胀冷缩时会对绝缘系统产生较大的内部应力，此应力是导致导线线圈开裂的主线因素。图1 8机组励磁变裂纹三、励磁变的特殊性 励磁变压器因其负载特性和工作性质的特殊，其设计、制造、运营、维护方面的规定都比一般配电变压器要高，当使用干式变压器作为励磁变时，它是干式特种变中的特种变。励磁变压器在工作时，负载为感性,因此工作电流都是非正弦形的,除基波外还具有大量的高次谐波分量,从而产生附加的涡流损耗和杂散损耗，这个实际工作电流产生的总损耗远远不小于基波工频电流产生的总损耗。励磁变压器二次绕组中流过的是非线性电流,在铁芯中会产生高次谐波磁通，从而使铁心很容易过激磁而达到饱和。此外，励磁系统在启动瞬间频率
5、较低,磁密相对较高。在负荷谐波含量大的状况下，励磁变压器还规定能在.1倍额定电压下稳定运营，因此,该种变压器在设计时采用降磁密、降电密和高、低压线圈间加屏蔽的特殊解决措施。四、干式励磁变的几种重要参数浅析1、绕组绝缘构造干式励磁变压器绕组绝缘构造有两种型式:浇注式和缠绕式。浇注式树脂绝缘干式变压器的高压绕组用树脂浇注,低压绕组端部用树脂封装。浇注式树脂绝缘干式变压器广泛用于配电变压器。缠绕式绕组属新一代产品,低压绕组用铝箔或铜箔，高压绕组用铜线绕制,绕组外部用玻璃纤维并在真空中注入树脂加以密封，使高、低压绕构成为一体。由表1可看出：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
6、线相接近，为此由玻璃纤维与环氧树脂构成的复合绝缘材料的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，最能满足励磁变压器的特殊的运营规定。2、绝缘级别及温升励磁变压器中波及温升的部件有:绕组、铁心及附加快固件。由于励磁变压器工作电流除基波外还具有大量的高次谐波分量,从而产生的总损耗远远不小于基波工频电流产生的总损耗。如果通过加大励磁变压器额定容量的措施来克服这个温升升高问题,会导致励磁变的额定电流、阻抗电压等电气参数与整个系统的额定工作点不匹配,对系统产生不良影响，因此以长期工作负载时的基波损耗加上高次谐波电流所产生的附加损耗作为励磁变压器温升实验损耗,并以此为根据进行温升设计
7、。一般干式变压器的绝缘级别的温升按IE721982原则如表2所示：表2 变压器的温升极限拟定励磁变压器温升极限时，可按采用绝缘级别减少一级温升原则，以抵消如前所说附加的涡流损耗和杂散损耗导致的温升升高，对于级绝缘的励磁变压器,在综合考虑以上因素后拟定温升限值不超过80K。3、磁密由于励磁变压器铁芯中会产生高次谐波磁通,从而使铁心很容易过激磁而达到饱和,并且在启动瞬间磁密相对较高,励磁变压器铁芯的磁密选用要比一般的干式变压器低,一般在.T左右。4、额定容量及额定电压 励磁变压器的额定容量取决于励磁系统应提供的直流额定功率值，对于凌津滩电厂的机组自励系统来说，励磁变一次电压与发电机端电压相似,二次
8、电压由励磁系统的顶值电压决定，二次电流由发电机励磁绕组的最大持续电流决定,由下式可简朴地估算励磁变压器的额定功率值：S=1.3UI（式中U为励磁系统顶值电压,I为发电机最大持续电流值) 、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，2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:UU/（1+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
9、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C，此时的过电压倍数将减少到:=11/(C1+23) 同步,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，增长励磁变压器的过载能力。五、励磁变裂纹的最后解决方案 综合考虑以上因素,凌津滩水电厂励磁变压器裂纹的最后解决方案为:购买一台新变压器,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,以防其她机组发生同类事件。 其中购买的一台新励磁变压器采用了A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构成,高、低压绕组
10、之间加静电屏蔽网，屏蔽线圈经铜带接地，级绝缘,温升为80K,阻抗电压6%，IP0防护，逼迫风冷，其她参数基本与原励磁变相似。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8K，阻抗电压%,2防护。励磁变压器安装:1、安装前认真阅读阐明书,产品铭牌和产品外形尺寸图，理解产品重量、安装措施等内容,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G1037电力变压器绝缘水平和绝缘实验外绝缘的空气间隙的规定。3、
11、励磁变压器主体安装励磁变在户内安装时,应离开墙壁和其他障碍物300mm的距离。用自制起吊架按以上措施吊起变压器，卸下变压器小车轮即可直接放置在使用场地安装。基本槽钢有明显接地,可靠地与接地网连接。调节变压器的安装位置、水平度、垂直度符合图纸设计尺寸和厂家安装阐明书的规定。变压器就位调节时应保证其高下压侧连接的高度和中心符合规定。励磁变压器就位调节好后，将其底座与基本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规定。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电缆
12、卡于固定进线电缆。、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）810.8M11.72.6M1231.392M678.58.1新购买和修理的变压器都需经所有出厂实验考核,重要实验项目有：局放实验、感应耐压实验、外施工频耐压实验、线圈各分接位置直流电阻测量、电压比实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。运营前的重要检查项目涉及:检查所有的紧固件、连接件、原则件与否松动，并重新紧固一次;检查运送时拆卸的零部件安装与否妥当,并检查变压器与否有异物存在；检查风机、温控设备以及其他辅助器件能否正常运营；检查变压器的箱体和铁芯装配与否可靠接地;仔细检查在安装
13、过程中有无金属或非金属异物掉入变压器中。六、解决状况及解决后的运营效果11月份，凌津滩电厂完毕了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，励磁系统运营稳定，虽然在机组满负荷出力状况下,励磁变压器的温升均保持在冷却电扇启动温度设定值如下。对后续三台励磁变压器的滚动修理工作也于3月份所有完毕。通过近三年的运营检测，新换的变压器和修理过的变压器均运营正常,保证了电厂机组的安全稳定运营。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、环氧树脂构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营规定。并且,与原励磁变压器相比，逼迫风冷能有效地提高变压器的容量，同步还增长了变压器的过载能力。作者简介 刘军 男 岁 技师 1994年开始至今始终从事水电厂电气一次工作。 现工作单位：五凌电力有限公司凌津滩水电厂单位地址：湖南省常德市桃源县凌津滩水电厂 邮编:1523 电子信箱: 联系电话：
