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進行了闡述。關鍵詞：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，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)現勵磁變壓器高壓側絕緣外殼三相均出現不同程度的裂紋，隨即對其余8臺機組的勵磁變壓器進行了檢查，發(fā)現6#、9#機組勵磁變壓器高壓側絕緣外殼三相也都出現了裂紋，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、勵磁變高壓側絕緣層開裂原因分析凌津灘電廠勵磁變壓器結構為：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）；高壓線圈采用鋁導線繞制，經環(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,為厚絕緣結構。導致高壓

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線中產生渦流，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構，散熱較慢，線圈溫度分布梯度較大，導致部應力增加；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，其結構強度較差，在高溫下有一定的脆性，部應力易導致其開裂。2001年前的產品均未在環(huán)氧樹脂澆注絕緣層中加入玻璃纖維網，機械強度較差。樹脂復合材料的性能參數如下表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樹脂復合材料的性能參數4、高壓線圈的導體為鋁導線，絕緣系統(tǒng)為環(huán)氧樹脂和石英粉組成，由表1可看出，導線和絕緣的熱膨脹系數不一致并相差較大，鋁導線在熱脹冷縮時會對絕緣系統(tǒng)產生較大的部應力，此應力是導致導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的特殊，其設計、制造、運行、維護方面的要求都比普通配電變壓器要高，當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，從而產生附加的渦流損耗和雜散損耗，這個實際工作電流產生的總損耗遠遠大于基波工頻電流產生的總損耗。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,并以此為依據進行溫升設計。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電容構成的充電電路引起位移電荷，由此一次傳到二次側的過電壓為：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，屏蔽線圈經銅帶接地，F級絕緣，溫升為80K,阻抗電壓W6%,IP20防護，強迫風冷，其

9、他參數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，根據解剖參數重新制作高壓線圈，材料采用窄銅箔，線圈外均用玻璃纖維網加強，同樣在高、低壓繞組之間加靜電屏蔽網，屏蔽線圈經銅帶接地，F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，產品銘牌和產品外形尺寸圖，了解產品重安、安裝方法等容，準備好相應的起吊設備和工具。2、變壓器帶電導體與地的最小安全距離應符合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槽鋼有明顯接地，可靠地與接地網連接。調整變壓器的安裝位置、水平度、垂直度符合圖紙設計尺寸和廠家安裝說明書的要求。變壓器就位調整時應確保其高低壓側連接的高度和中心符合要求。勵磁變壓器就位調整好后，將其底座與基礎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全部出廠試驗考核，主要試驗項目局放試驗、感應耐壓試驗、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，并檢查變壓器是否有異物存在；檢查風機、溫控設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扇啟動溫度設定值以下。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。經過近三年的運行檢測，新換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、結束語綜上所述，玻璃纖維與環(huán)氧樹脂復合材料配合，其機械強度最佳，其膨脹系數與銅線相接近，由玻璃纖維、環(huán)氧樹脂組成的復合絕緣材料與銅導線構成的纏繞