60mva壳式电炉变压器的故障分析与处理.pdf

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1、第3 9卷第6期蒯理V o l 3 9 N o .6 熬 60M V A 壳 式 电 炉 变 压 器 的 故 障 分 析 与 处 理赵保 国( 邯钢集团舞阳钢铁有限责任公司，河南 平顶山 4 6 2 5 0 0 )摘要 : 概述了进口电炉变压器的故障检查和判断过程， 对产生绝缘故障的原因进行了讨论， 介绍了对其修理的情况及采取的改进措施。 关健词: 电炉变压器;绝缘;故津;诊断;分析;改进 中国分类号: T M4 0 7文献标识1 44: B文章编号: 1 0 0 1 - 8 4 2 5 ( 2 0 0 2 ) 0 6 - 0 0 4 1 - 0 41 基本情况邯钢集团舞阳钢铁有限责任公司2

2、号电炉是从奥钢联引进的 9 0 t 超高功率交流电弧炉，设计年产 钢 3 . 7 x I O s t 。 配套的T O T O M -L型 6 0 M V A电炉变压器由挪威某厂制造， 它采用了壳式铁心、 不导磁材料 做成的油箱、 强油导向冷却以及低压侧出线、 箱盖与油箱之间绝缘连接等独特的结构设计( 如图 1 、 图2 所示) 。 变压器一次侧装有氧化锌避雷器和阻容吸收器。该变压器具有以下特点In : ( 1 ) 冲击电位分布接 近线性; ( 2 ) 抗短路能力强; ( 3 ) 绕组附加损耗及油箱 杂散损耗小; ( 4 ) 温度分布均匀， 温升低。 变压器主要技术参数见表 t o按照国内变压

3、器安装技术要求，长途运输的非全密封型变压器安装前必须进行吊心检查试验。由圈2 6 0 MV A壳式电炉变压器结构示意圈于外方坚持，充氮越洋运输的变压器未进行抽心检 查便安装注油， 并于 1 9 9 2年5月投产。 从 1 9 9 3 年4月开始， 该变压器多次出现热性故障。1 9 9 7年 5月 1 8日。 变压器轻、 重瓦斯和电流速断保护同时动作，导致变压器停运 。卜伊!扭一飞沼寥.1 6 0 M V A壳式电护变压登烧组结故圈2 试验、检查与故障判 断、 定位 2 . 1 试验与故障判断通过对油中溶解气体各 组分含量的检测分析和电气 试验 ， 可初步判断故障类型、部位及破坏程度。2 . 1

4、 . 1 色语分析对变压器油中溶解气体 进行色谱分析，并采用改进型三比值法Iz t判断， 显示故障 性质由初始的磁路热性故障 发展为电路部分受到破坏。 色谱分析结果及故障点估算温度 如表 2所示。万方数据月活第 3 9卷 鑫 攫分接位 置级数高压低压容蛋/ k V A之 ) / V! / A乙 7Vr / AYd l lOI Y013 5 以) 0月 石 02 6 9 . 45 9 7 1 02 78 7 00 2 Y0 24 8 12 8 2 乃5 9 7 1 02 91 6 00 3 Y0 35 0 52 9 5 . 75 97 1 03 0 5 9 0 0 月 Y0 45 2 83 0

5、9 . 35 9 71 03 1 9 9 00 5 Y0 55 5 0 3 2 2 .55 9 7 1 03 33 5 00 6 Y0 65 7 13 3 4 . 95 9 7 1 03 4 6 4 00 7 Y0 75 9 43 4 习 . 45 97 1 03 6 0 4 心0 8 Y0 86 1 63 6 0 . 85 97 1 03 7 3 2 0闪Y096 3 93 7 4 . 25 9 7 1 03 87 0 01 0 Y1 06 6 33 8 8 . 65 9 7 1 04 01 9 0 1 1 Y 一 ， ，6 8 54 0 1 55 9 7 1 04 1 5 2 01 2 Y

6、1 27 0 84 1 5 . 25 97 1 04 2 9 5 01 3 Y1 37 2 8一 4 2 6 .95 97 1 04 41 5 0D d OO l d月 43 5 以 刀7 9 6月 6 6 . 75 9 7 1 04 82 8 0皿 d1 58 3 34 8 8 . 45 9 7 1 0 一 5 0 5 2 0 0 3 d1 68 7 45 1 2 . 25 97 1 05 2 9 9 0喊 润 d1 79 1 45 3 5 . 75 97 1 05 5 4 2 00 5 d1 89 5 35 5 8 . 55 97 1 05 77 8 09 9 05 8 0 . 15 9

7、7 1 06 0( 州 ) 0心 X i d1 90 7 d2 09 9 06 0 3 . 45 7 4 1 0 一6 0 0 0 0O B 仁2 19 9 0一 6 2 5 .05 5 4 3 06 0 0 0 00 9 司2 29 9 06 4 8 .1 一 5 3 4 5 06 0 0 0 0 1 0 d2 39 9 06 7 3 注5 1 4 7 06 0侧叉 】l i d2 49 9 06 9 5 . 44 98 2 06 00 0 01 2 d2 59 9 07 1 9 .2 一1 4 8 1 7 06 0 0 0 0 1 3 d2 69 9 07 3 9 . 44 6 8 5 0

8、印 以 旧测量一次绕组直流电阻， 未见异常。 在一次侧施 加三相对称电压进行电压比试验( 见图3 ) 。当电压 升至4 0 0 V时， 1 9级电流即达 7 0 A， 而例行试验报告中同级空载电流仅为 7 . 2 A， 说明一次绕组中存在匝 间短路。 依次短接两相端子， 采用单相励磁法施加交 流电压， 进一步判断故障相别。 在一相绕组存在匝间 短路的情况下，短接故障相，则电压加在正常绕组上， 励磁电流很小。反之，如果故障相绕组承受电 压， 则电流猛增口 据此， 由表3所示的测量结果， 可以断定 B相绕组存在匝间短路。图3 电炉变压器绕组联结示意圈分接位 置I d3 d6 d9 d1 3 d级数

9、1 41 6一22 一 短 接 A B4 45 26 37 48 7 “ 接 B “ 一00短接 C A4 4I6 37 48 7日 期C 比 G比 qC , H 2H ,COc 0 , 总 烃三 比值码 温度 ./ 叹 :9 3 0 4 2 3 7 5 . 6 2 5 0 2 6 . 5 1 6 . 32 5 . 4 1 2 1 3 0 0 0飞只 二0 . 2 c . 28 叨9 4 0 9 2 715 5 .7 2 0 4 一 ; : 91 8 . 5 8 . 9 1 朽7 “ 一2 9 0 . 1 住2 . . 29 2 0 9 5 0 9 3 0 19 92 2 12 71 75 4

10、9 47 侧幻3 6 40 . 2 c . 28 2 09 6 1 1 1 3 3 31 0 53 . 15 51 5 3 1 2 0 7 ( 阅 旧1 9 60 . 2 c . 21 0 2 09 7 0 5 1 8 2 4 0 4 0 71 4 . 6 5 0 5 8 7 88 4 4 一1 1 4 0 0 0 一 ， 1 6 61 众 29 9 )9 7 1 2 1 6一 ， .33 . 3认3“ ， 一 : .2 一 4 98 侧洲 )5， 即 7 0 7 1 . 55 . 70 . 1痕3 . 35 71 8 0 0 0认3一 一 注 : * 改进 型特 征气体 三 比值编码 中，2

11、 c 指示 故障 性质 为磁路 热性 故障 ; * *故障点估 算温度2 . 1 .2电气试脸在绝缘电阻试验中未检查出主绝缘受到破坏。当测量二次绕组直流电阻时， 发现四个并联支路中， 2号支路三相之间都不通 ， 3号支路 玩, c a相间不通。 二次绕组及引出线均由厚铜板制成. 断裂可能性 很小， 据此判断箱内引出软联有断裂现象。2 .2 故障检查与定位 2 . 2 . 1 打开变压器人孔检查， 发现二次软联损坏二次绕组 1 号、 2号支路 b , c相引出铜排间发 现大面积电弧烧蚀。 引出铜排间木隔板多已脱落， 玻璃丝绑扎带全部崩断。 引出铜排与出线套管间的% 片铜软联中， b 相 2 号支

12、路、 c 相 2 号、 3 号支路的2 4 片铜软联完全断开，其它的铜软联也已失去机械强 度， 开始部分断裂。碎铜屑散落在绕组与油中。 2 . 2 . 2 抽心检查和进一步浏试，发现一次绕组和磁路 方面故障一次绕组 B相调压段第 7 - - 1 3级的一个支路( 图 1中椭圆圈中部分) 出现严重匝间短路， 多匝熔 焊在一起， 相邻的绝缘隔板局部焦糊炭化。 夹件与吊 螺杆间联接铜片烧断，多根吊螺杆的钢垫圈与夹件间有电弧烧蚀。底脚与夹件联接螺栓的绝缘套筒和 绝缘垫圈多数已破损，止动垫圈与工字钢底脚熔焊 在一起。器身定位螺栓松动。3 故障原因分析从变压器油中溶解气体色谱分析数据与抽心检 查结果来看。

13、变压器投运至停运期间发生的故障可万方数据第 6期赵保国; 6 0 MV A壳式电炉变压器的故障分析与处理分成两种类型: 磁路热性故障和电路故障。 3 . 1 铁心磁路热性故障按设计意图， 变压器的两夹件之间以及夹件与 吊螺杆间是相互绝缘的。 彼此仅通过一个联接铜片 与专用导线相连接。由于定位螺栓松动， 失去约束的器身在运行过程中强烈振动， 吊螺杆的钢垫圈与 夹件间产生不稳定接触，钢垫圈与夹件间产生放 电. 结构件中有断续电流流过， 底脚与夹件间因联 接螺栓绝缘破损放电将止动垫圈烧蚀。金属结构件 的放电和发热使变压器油电离及局部气化， 产生特征气体。气体反过来引起电场畸变， 加速变压器油 的电离

14、裂解进程。由于放电能量较低 .特征气体C 2 H C H C 2 H 2 和 氏所占比例较小。1 9 9 3年4月一 1 9 % 年 1 1 月期间，电炉变压器 主要表现为磁路热性故障。 3 . 2 电气回路绝缘故障电炉变压器运行中出现的过电流和过电压， 会 影响变压器的绝缘电气性能。过电流使绝缘加速老化， 过电压则可能造成绝缘的击穿。 3 2. 1变压 器的励磁 涌流作用在变压器关合时， 将产生与合闸相位有关的或大或小的涌流。电炉变压器分接合闸操作频繁， 而 且是在匝间电压较高的分接下直接进行操作 。 铁心 饱和， 空载合闸励磁涌流会大大超过稳态的空载电 流。在最不利情况下， 若合闸时励磁磁

15、通与剩磁磁通同相位. 过电流就可能达到额定电流的数倍至数 十倍， 持续时间可达 数秒 Im 3 . 2 .2开断空载变压 器的操作 过电压开断空载变压器会造成变压器各侧出现操作 过电压。图4为开断空载变压器的单相等值电路。 压缩空气断路器 K是按切断大电流设计的， 当其开 断空载变压器时， 会出现截流. 形成过电压。设电路自 振频率为.f o ， 略去损耗， 截流后的暂态 电压方程为:u ( t ) = U . - c o s (2 T tf 4 ) - / o - (L/C) “ s i n ( 2 a f o t)截流过电压倍数K 二 为:K 二 c o s a + ( f o / fl

16、, “ s i n , a r ,考虑到在磁能转化为电能的高频振荡中存在 损耗， 引 人磁电转化系数n ,( 一般. 、在。 . 3 - 0 . 5 之 间) ， 于是K . c o s z a + ( f V f 2 “ r ? . , - s i n 2 a r当a = 9 0 ， 即励磁电流在幅值处被截断时， 过电 压最大， K ,. ,F (f.1) “ mo o 回 路的自 振频率,f o 与变压器的额定电压、 容量 及其结构形式有关， 也与外部联线及电气设备的杂沪几 x 甲 . 勺。图4 空载变压砂单相等谊电路L ,- 电 源 等 值 电 感C 母 线 对 地 杂 散 电 容K 断

17、 路 器乙 母 线 至 变 压 器 联 线 的 电 感C 一 变压 器等值 对地 电容 与空载 变压 器侧 全部联 线及电气 设备对 地 电容的 并联 值乙 .空 截变 压器 的励磁电 感散电容有关， 一般为工频的 1 0倍左右。因此， 单相变压器空载开断过电压可达额定电压的 3 - 7 倍。三 相壳式变压器纵向电容较大， 其截流过电压会有所 降低。如果断路器三相不同步， 首开相的截流过电压将通过相间藕合影响到另一相。一旦祸合过来的 电压与原过电压极性相同， 就会产生较高的操作过 电压(41 。过电压起始分布及最终分布的非线性， 会使 变压器局部匝间电压过高IA ， 引起绝缘劣化。在炼钢生产过

18、程中， 电炉变压器每天开合上百次， 过电压 发生较为频繁。据计数器显示， 从 1 9 % 年 1 1 月起 的近半年间， 避雷器放电累计 8 7 1 次。这些过电压必然会对设备的绝缘产生累积破坏效应。 3 . 2 .3 设备结构缺陷引起过流 、 放电， 导致绝缘破坏由于二次绕组 b , c 相引出铜排伸出较长且缺乏有效支撑.抗振性差，加上器身定位螺栓松脱， 在 6 0 0 0 0 A冶炼电流产生的电动力的作用下， 器身强烈 振动， 绑扎铜排的玻璃丝带被扯断， 隔板脱落。铜排发生应激谐振 ， 软联疲劳断裂。铜排中上部失去牵 拉作用. 仅剩下端支撑， 结构固有振动频率进一步 降低 ， 导致振动加剧

19、。 b , c 相铜排间出现间歇性直接碰触及放电短路， 引起 B相绕组过热， 绝缘劣化。软 联断口之间反复碰擦， 铜皮呈碎屑状脱落。当某相电极与废钢料短接， 变压器该相端子及软联未断的 铜排的电压接近或降至零 ， 而软联已断的铜排的电压仍为正常电压。这样， 在断裂的软联之间产生剧 烈的弧光放电。在过热与放电作用下 ，变压器油分解过程加快. 油中含气量上升， 绝缘薄弱的 B相第 1 3 饼绕组 出现匝间短路并迅速扩大，导致在 1 9 9 7 年 5月 I s 日发生故障。4 故障处理与技术改进万方数据器身解体、 组装与绕组修复保持三相绕组的相对位置和角度不变， 逐片拆出所有铁心叠片， 卸下 B相

20、绕组。采用Z B 5 .7 x l 2 -0 .9 5 纸包扁铜线绕制高压调压绕组一饼， 制 作相邻隔板。抽出烧损线饼， 用高压油流、 吸尘器、 毛刷、 面团等清除散落在正常绕组中的铜屑 。 装新线饼。清理另两相绕组中的铜屑。将 B相绕组放人夹件， 调整三相绕组之间及其与夹件之间的相对位置， 使三相绕组平行且距离相等， 绕组高压侧内表面与夹件上平面重合， 夹紧绕组压板。按拆片的相反顺序叠装铁心压紧。 打人楔形木压板， 放上夹件夹紧。底脚一端用导线与夹件间可靠连接， 另一端仍采用绝缘套管与绝缘垫圈保证绝缘 。 4 .2 铁心接地方式的改进在箱盖上装低压小套管 ， 与铁心夹件和油箱相连， 两夹件由

21、电缆线相连; 取消吊螺杆与夹件的铜 联接片， 用绝缘纸制作舌形垫圈将钢垫圈与夹件隔 开; 底脚与箱底间垫绝缘纸板; 箱壁下部四角器身 定位螺栓与器身夹件间垫绝缘纸板后紧固牢靠， 封螺栓孔盖;箱沿联接螺栓配装绝缘套筒和绝缘垫 圈， 箱沿密封定位台上垫绝缘纸。 4 . 3 总装与真空涡流干澡器身人油箱。 制作门形木架， 支撑 b , c 相引出铜 排 铜排间绝缘隔板用ID 1 6 m m涤玻绳扎牢， 以增加 铜排结构刚度， 提高其 自然振动频率， 增强软联受振动冲击能力。把变压器本体油箱当作干燥箱， 对长时间暴露 在空气中的器身进行真空涡流干燥。放掉本体和分 接开关油箱中的变压器油. 器身放人油箱

22、后联接箱 沿螺栓 将本体和开关油室用管道连通。先在变压器油箱外包覆 6 0 m m厚石棉保温层，然后在保温层外缠绕励磁导线作为励磁绕组。对绕组施加4 0 0 1 交流电压。 在交流电的感应作用下， 油箱箱壁产生 涡流损耗而发热， 使箱内温度升高。箱底辅以提高升温速度和保温的电加热器。 绕组干燥温度为 1 0 0 1 3 C , 箱内压力控制在 1 3 3 - 4 0 0 P a ， 直至冷凝水不再析出。 干燥共耗时 1 5 2 h 。 保持真空状态， 注人6 0 变 压器油至箱顶下 4 0 0 mm处。 继续真空4 h ， 以排除绝 缘结构与油中残留气体。5 修后试验与投运修复后进行以下试验:

23、 ( 1 ) 绕组直流电阻测量;( 2 ) 绝缘电阻测试; ( 3 ) 电压比试验; ( 4 ) 直流泄漏试验; ( 5 ) 工频耐压试验。各项试验结果均合格。受条件限制， 未进行匝间绝缘强度试验。变压器经三次冲击合闸及空载运行 1 2 h后， 于1 9 9 7年 7 月 7日恢复投运。从 6月 7日 检修开始， 工期历时一个月。恢复生产后变压器性能稳定， 运 行正常a 2号电炉全年生产优质钢 7 .9 8 x 1 0 5 t ， 大大超过年产3 .7 x 1 M 的设计生产能力。参考文献: 1 7贺以 燕. 生产壳式电力变压器的探讨切. 变压器1 9 9 1 ,2 8 ( 7 ) :2 -

24、7 . 2 1徐秉天. 主变压器过热型故障的回路判断田 变压器，1 9 9 3 ,3 0 ( 5 ) :6 .3 ) 变压器手册编写组.电力变压器手册M3 .沈阳: 辽宁科学技术出版社., 1 9 9 0 . 川苏 瓦修京斯基C6 . 变 压器的理论与计算附 . 崔立君，杜恩田，宋铁章等译. 北京:机械工业出版社, 1 9 8 3 . 5 1 钱家骊.高压开关开合电容电流和小电感电流 M ) .北京: 中国电力出版社， 1 9 9 9A n a ly s i s a n d T r e a t m e n t o f F a u lt i n 6 0 MV A S h e l l - T y

25、p e F u r n a c e T r a n s f o r me r2 翻o石 Ia o - 9 如 ( W u y a n g I ro n a n d S t e e l C o . ,L t d ., P i n g d i n g s h a n 4 6 2 5 0 0 )A b s t r a c t ; T h e f a u l t i n s p e c t i o n a n d j u d g e m e n t i l l u s t r a te d b r i e fl y . T h e r e a s o n s t o b r i n g a b o u

26、 tt h e iKe yp ro c e s s o f s o m e i m p o rt e d f u rn a c e t h e i n s u l a t i o n f a u l t s a r e d i s c u s s e d .a n dmp rov e me n t me a s u r e a r e i n t rod u c e d . w o r d s : F u rn a c e tr a n sf o r m e r ; In s u la tio n ; F a u lt; D ia g n o s ist r a n s f o r me r sT h e r e p a i r: A n a ly s is ; I m p rov e m e n t 收摘日期: 2 0 0 1 - 1 2 - t 0 作衡简介: 赵保国( 1 %3 -) , 男， 河南西平人，管理工作。邯钢集团舞阳钢铁有限公司电气厂高级工程师， 主要从事变压器技术研究与网网.，. ._万方数据