500kV變壓器低壓套管升高座發(fā)熱分析與措施

夏成鈺，封 碩

(國電泰州發(fā)電有限公司，江蘇 泰州 225327)

0 引言

泰州電廠擴(kuò)建工程的2臺1000MW超超臨界二次再熱機(jī)組均采用發(fā)變組單元接線，以500kV電壓接入系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)出口設(shè)斷路器，主變型號為SFP-1140MVA/500kV，三相強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷，無載調(diào)壓低損耗升壓變壓器，運(yùn)行條件為在繞組平均溫升≤60K時(shí)連續(xù)額定容量，平均最大環(huán)境溫度為40℃。主變壓器與發(fā)電機(jī)用離相封閉母線相連接。變壓器溫升限值要求如表1所示。

表1 變壓器溫升限值 K

對配套百萬級發(fā)電機(jī)組的該型號變壓器進(jìn)行了收資調(diào)研，目前已投運(yùn)的5臺該型500kV三相一體主變有3臺變壓器低壓側(cè)B相套管升高座在運(yùn)行中溫升超標(biāo)，一般在73K～90K之間，夏季最高點(diǎn)溫度接近130℃，給這些電廠配套機(jī)組的安全運(yùn)行帶來隱患。

為避免類似問題在泰州電廠擴(kuò)建機(jī)組配套的2臺主變發(fā)生，我們在主變制造前的設(shè)計(jì)階段就組織設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)和配套封母廠家的人員進(jìn)行分析，研究處理預(yù)案，通過實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)測從而甄別每個(gè)預(yù)案的有效性，最終制定出解決該型變壓器低壓側(cè)B相套管升高座溫升超標(biāo)問題的措施。

1 分析論證

通過技術(shù)調(diào)研了解，并對變壓器低壓側(cè)套管升高座與封閉母線連接處的連接情況進(jìn)行了分析，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。變壓器低壓側(cè)升高座法蘭里是一個(gè)垂直于法蘭平面的套管，機(jī)組運(yùn)行時(shí)有交流電流通過，如圖1所示，圖中L代表封母外殼三相短路板與主變低壓法蘭面間的距離。

圖1 變壓器低壓側(cè)套管升高座與封閉母線連接

根據(jù)電磁理論，交流電流通過會在導(dǎo)體周圍會產(chǎn)生磁場。機(jī)組負(fù)荷越大，電流越大，磁場越強(qiáng)，距離導(dǎo)體越近磁感應(yīng)強(qiáng)度越大。故分析認(rèn)為造成變壓器低壓側(cè)套管升高座溫升超標(biāo)可能有以下幾種原因：

(1)變壓器低壓側(cè)套管里導(dǎo)體流過交流電流在封閉母線外殼上產(chǎn)生感應(yīng)電流，由于法蘭及螺栓接觸電阻大，導(dǎo)致發(fā)熱嚴(yán)重；

(2)變壓器低壓側(cè)的磁場在套管升高座法蘭上形成渦流，并集中在升高座法蘭平面上產(chǎn)生熱效應(yīng)；

(3)封閉母線與變壓器低壓套管升高座法蘭間有間隙產(chǎn)生漏磁現(xiàn)象，并在B相周圍疊加，導(dǎo)致B相溫度最高。

2 處理預(yù)案

根據(jù)以上初步分析，為解決變壓器低壓側(cè)套管升高座溫升超標(biāo)問題，我們設(shè)計(jì)了幾種處理預(yù)案：

(1)增加封閉母線短路排與變壓器低壓套管升高座之間的距離，以減少短路排上感應(yīng)電流形成的磁場對低壓升高座法蘭的影響。

(2)將封閉母線最后一節(jié)鋁筒割破以減少鋁桶環(huán)流產(chǎn)生的磁場對低壓升高座法蘭發(fā)熱的影響。

(3)在變壓器低壓套管升高座法蘭面開槽以隔絕磁路對法蘭渦流的影響。

(4)在變壓器低壓套管升高座法蘭內(nèi)側(cè)放置磁屏蔽材料以減小漏磁對法蘭的影響。

3 方案確定

該型SFP-1140MVA/500kV三相強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷、無載調(diào)壓低損耗升壓變壓器的過熱區(qū)域主要集中在低壓B相套管與封閉母線連接的法蘭處。

為了便于論證分析，我們將變壓器低壓套管升高座法蘭過熱區(qū)域分別標(biāo)注為A、B、C三片區(qū)域，如圖2所示。制作了3只鋁桶模擬現(xiàn)場與變壓器低壓套管連接的最后一節(jié)封閉母線，與變壓器廠合作，利用該廠的一臺同型號變壓器搭建了試驗(yàn)平臺，對處理預(yù)案進(jìn)行逐一驗(yàn)證。

圖2 變壓器低壓B相套管A、B、C三片主要過熱區(qū)域

通過對每次試驗(yàn)中實(shí)測的環(huán)境溫度、油頂溫度、最熱點(diǎn)溫度等數(shù)據(jù)，計(jì)算出油箱最熱點(diǎn)溫升K值。對試驗(yàn)數(shù)據(jù)和最熱點(diǎn)溫升計(jì)算結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并與試驗(yàn)情況對比，對照表見表2。

表2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與試驗(yàn)情況對照

法蘭處理鋁桶距法蘭/mm最熱點(diǎn)溫升/K鋁桶處理試驗(yàn)情況C區(qū)1個(gè)小槽491.6絕緣紙板墊高懷疑槽口未割穿致使溫升過高C區(qū)1個(gè)槽491.8絕緣紙板墊高說明割穿后溫升仍過高C區(qū)1個(gè)槽9575.9木塊墊高驗(yàn)證鋁桶墊高度對溫升影響明顯C區(qū)1個(gè)槽477絕緣紙板墊高溫升明顯降低B區(qū)8個(gè)槽C區(qū)1個(gè)槽10062.6絕緣紙板墊高溫升繼續(xù)明顯降低B區(qū)8個(gè)槽

4 論證分析

通過以上試驗(yàn)和對比分析，明確了造成該型變壓器低壓升高座法蘭發(fā)熱的主要原因如下：

(1)當(dāng)機(jī)組帶負(fù)荷后，封閉母線外殼三相短路板間將有大電流“I”通過，如圖4所示O。

(2)在A、C兩相封母外殼通過短路板流向B相的電流(IA、IC，且IA=IC)作用下，B相封母最后一段鋁筒產(chǎn)生渦流，如圖3所示。

(3)因電流IA、電流IC均對B相封母最后一段鋁筒產(chǎn)生影響，且影響效果是疊加的，所以為了便于分析問題，我們假定一個(gè)電流IB對B相封母最后一段鋁筒產(chǎn)生相同的影響效果，那么IB必然大于IA、IC，且假定IB的電流方向，如圖5所示。

圖3 封母外殼電流流向示意

圖4 B相封母最后一段鋁筒上產(chǎn)生的渦流示意

圖5 B相封母最后一段鋁筒渦流方向示意

從圖5可以看出，電流IB在鋁筒處產(chǎn)生的磁場方向“由內(nèi)向外”。封母最后一段鋁筒在此磁場作用下將產(chǎn)生順時(shí)針方向的渦流。正是因?yàn)榇藴u流直接導(dǎo)致了主變低壓法蘭面的過熱，且因?yàn)镮B比IA、IC大，所以主變低壓B相的法蘭也比A、C相熱。封母最后一段鋁筒離主變低壓法蘭面越遠(yuǎn)，主變低壓法蘭面溫升會越小。

5 處理措施及運(yùn)行效果

基于以上論證分析，我們最終制定出我廠擴(kuò)建新增的2臺主變防止運(yùn)行后發(fā)生低壓側(cè)B相套管升高座溫升超標(biāo)的處理措施。

(1)增加封閉母線短路排與變壓器低壓套管升高座之間的距離，以減少短路排上感應(yīng)電流形成的磁場對低壓升高座法蘭的影響。

(2)在變壓器低壓套管升高座法蘭面開槽(C區(qū)域3個(gè)槽、AB區(qū)域21個(gè)槽)以隔絕磁路對法蘭渦流的影響。

(3)在變壓器低壓套管升高座法蘭與封閉母線法蘭間隔入絕緣墊和絕緣套筒，使封閉母線與變壓器低壓升高座上下不導(dǎo)通，防止封閉母線的感應(yīng)電流流入變壓器側(cè)導(dǎo)致發(fā)熱。

(4)將封閉母線最后一節(jié)鋁筒對分并在中間加裝絕緣墊以隔絕鋁筒徑向環(huán)流所產(chǎn)生的磁場對低壓升高座法蘭發(fā)熱的影響。

在我廠擴(kuò)建的2臺主變壓器落實(shí)了上述措施后，運(yùn)行中取得了良好的實(shí)際效果，變壓器B相低壓升高座最熱點(diǎn)溫升僅50K左右，優(yōu)于設(shè)計(jì)值。

6 結(jié)語

該型變壓器的部分用戶陸續(xù)采用類似于我們制定的防止變壓器低壓側(cè)升高座溫升超標(biāo)的處理措施進(jìn)行了改造，均取得了明顯的效果，說明該措施是有效的。但是，該措施某種程度上破壞了低壓側(cè)升高座的整體架構(gòu)，封母最后一節(jié)鋁筒對分也增加了低壓側(cè)套管升高座進(jìn)水的機(jī)會，給今后設(shè)備的運(yùn)行、維護(hù)和檢修均造成不便。故我們認(rèn)為將該型變壓器低壓側(cè)升高座上的法蘭材質(zhì)更換為非導(dǎo)磁材料是比較徹底的處理辦法，但限于該型變壓器結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)計(jì)和制造成本等因素目前暫無法實(shí)現(xiàn)。因此，建議在今后運(yùn)行中繼續(xù)加強(qiáng)對該型變壓器B相套管升高座發(fā)熱等情況的跟蹤檢查。