110kV主變大修改造

代永恒 李傳東

摘 要：本文針對我單位發生的多起35kV出線電力電纜及用戶側設備短路事故，致主變低壓繞組出現機械變形或者線圈間絕緣擊穿、匝間短路故障進行了分析，并結合具體主變大修改造實例，介紹了主變改造方法步驟，供同行參考。

關鍵詞：主變; ?短路; ?分析; ?大修; ?改造

1 ?前言

變壓器是電力系統的核心設備，用作電壓、電流及阻抗的變換，滿足用戶對電能高質量的要求，因此，電力變壓器的穩定、可靠運行對電力系統安全具有重要的意義。隨著供電負荷增加，以及設備線路老化、運行環境惡劣、外力的侵害等因素，線路短路故障時有發生，在短路事故的沖擊下，強大的短路電流會導致主變繞組過熱，從而燒毀主變絕緣，巨大的電動力甚至會造成繞組變形，繼而引發匝間、相間短路，甚至造成更大的事故。本文針對我單位部分主變運行現狀，對短路故障對主變造成的損害進行分析，并結合主變大修改造實施例介紹了了主變大修改造方法步驟。

2 ?情況介紹

我單位共有8所110kV變電站，目前在運的SFZ9-80000/110型主變共有10臺，額定電壓均為（110±8）*1.25%/38.5kV。主要為萊鋼冶金區域35kV設備供電，負荷多為電弧爐、轉爐、軋鋼等非線性負荷，沖擊性負荷大。其中7臺主變已運行15年左右，曾發生多起35kV出線電力電纜及用戶側設備短路事故，導致多臺主變低壓繞組出現機械變形、線圈間絕緣擊穿、匝間短路故障，而且該型號的主變35kV側原出廠設計額定電壓為38.5kV，高于正常額定電壓值的10%，超出了系統電壓質量控制指標不超過5%的要求。雖然變壓器有載分接開關檔位已調置“1”檔，輸出電壓已降至最低，但用戶仍反映系統電壓偏高，致使電容動態無功補償裝置無法正常投運，造成損耗增加，因110kV電源線路系統功率因數偏低，每月還需支付20余萬的力率罰款，運行非常不經濟。因35kV運行電壓偏高，損害電力設備絕緣，易誘發故障。主變大修改造勢在必行。

3 ?繞組短路電動力分析

由于主變繞組中存在漏磁，載流導線在漏磁作用下受到電動力的作用，在繞組突發短路時，電動力更嚴重。漏磁通常分為縱軸分量和橫軸分量。

主變壓器在遭受突發短路故障時，高、低壓兩側都將受很大的短路電流，在斷路器斷開故障前的很短時間內，短路電流產生與電流平方成正比的電動力將作用于變壓器的繞組，在短路電流下，變壓器的縱軸磁場使繞組產生輻向力，而橫軸磁場使繞組產生軸向力，軸向電動力使繞組向中間壓縮，將使高壓繞組受到張力，低壓繞組受到壓力。這種由電動力產生的機械應力可能影響繞組匝間絕緣，對繞組的匝間絕緣造成損傷，由于繞組為圓形，圓形物體受壓力比受張力更容易變形，因此，低壓繞組更易變形。同時，在突發短路時產生的軸向力使繞組壓縮和使高、低壓繞組發生軸向位移，軸向力也作用于鐵心和夾件;而輻向電動力使繞組向外擴張，可能失去穩定性，造成相間絕緣損壞。短路電動力嚴重時可能造成繞組扭曲變形或導線斷裂。

4 ?大修改造

本文以110kV型鋼變電站3號主變大修改造為例進行介紹。

4.1 ?型鋼站3號主變拆除、返回廠家。

（1）主變停電，布置安全措施。分別在主變高、低壓兩側各掛地線一組，分別斷開去主變本體的直流控制電源開關以及去冷卻風機、有載分接開關的低壓交流電源開關。

（2）拆除主變本體非電量二次線、做好標記;拆除主變高、低壓側一次電源線。

（3）放油，將分接開關及其油枕的油單獨收集在油桶內，因分接開關頻繁操作，易產生C2H2氣體，它不能在主變本體中存量多，所以和主變本體及其油枕的油分開放置;本體及其油枕、散熱片的油收集入油罐內。

（4）拆除附件。包括冷卻風機、散熱片、油枕、主變高、低壓套管、油管、瓦斯繼電器、連接油管等。

（5）主變抬高、移位。

（6）主變及其附件返回廠家大修。

4.2 ?3號主變返廠技術改造

返廠后進行吊芯檢查及技術升級改造。

（1）更換變壓器低壓三相繞組，并對高壓繞組改造。

變壓器繞組的機械強度主要是由下面兩個方面決定的：一是由繞組自身結構的因素決定的繞組機械強度;二是繞組內徑側的支撐及繞組軸向壓緊結構和拉板、夾件等制作工藝所決定的機械強度。改造時，選用抗短路能力較強的繞組材料，低壓繞組采用網狀半硬自粘換位導線，高壓繞組采用半硬復合自粘換位導線來提高繞組的自身抗短路能力，采用質量更好的硬紙板筒或增加撐條的數量來提高繞組受徑向力的能力，并采用拉板或彈簧壓釘等提高繞組受軸向力的能力。

并對高壓繞組進行改造，經計算，適當增加一次主繞組匝數。

（2）檢查鐵心與夾件、更換部分附件。

變壓器的鐵心應具有足夠的機械強度。鐵心的機械強度是靠鐵心上的所有夾緊件的強度及其連接件來保證的。當繞組產生電動力時，繞組的軸向力將被夾件的反作用力抵消，如果夾件、拉板的強度小于軸向力時，夾件、拉板和繞組將受到損壞。檢查鐵心，更換部分夾件。

更換了全部密封膠墊、受損絕緣件、溫度計、二次電纜、端子箱、油位計、瓦斯繼電器等。對主變本體及附件噴漆。

4.3 ?新3號主變安裝、調試及送電投運

大修改造后的新主變運輸，返回現場。組織新主變安裝、調試以及送電工作。

（1）新主變的附件，包括高低壓套管、油枕、冷卻風機、散熱片、凈油器、油管、瓦斯繼電器等運抵現場。

（2）新主變運抵現場，移位、就位安裝。

（3）新主變安裝附件。其中新主變散熱片的安裝圖如圖4所示。

（4）新主變加油。

（5）新主變非電量二次線如油位、油溫、瓦斯、壓力釋放等主變本體的內部、外部二次電纜連線以及保護聯動校驗。主變分接開關、冷卻風機、低壓交流電源接線。

（6） 新主變高壓試驗。新主變注油后約24小時，進行新主變絕緣電阻、直流電阻（分接開關17檔）逐檔測試、介質損等測試。同時對主變本體瓦斯、有載瓦斯、散熱片以及高、低壓套管等放氣。

（7）新主變空載沖擊試驗。將分接開關置于中間檔位9b，對新主變空載沖擊試驗，以檢驗主變的絕緣、機械強度能否承受工作電壓和勵磁涌流的沖擊。沖擊三次，第一次送電，檢查主變運行有無異常，10分種后停電，以后每次停、送電時間間隔5分鐘，第三次合閘送電后，空載運行24小時。并做好油溫油位關系曲線點檢記錄，關注油溫、油位關系變化是否正常，同時檢查主變有無異音異狀、瓦斯繼電器是否存有氣體，保護裝置是否有報警信息，各運行參數是否正常。

（8）停電，布置安全措施。對主變本體瓦斯、有載瓦斯、散熱片、高低壓套管等再次放氣、檢查有無滲油等異常現象。

（9）新主變送電帶負荷運行。新主變送電后，帶35kV母線運行，調整分接開關至合適電壓檔位，帶用戶負荷正常運行。

5 ?結語

（1）主變返廠大修技術改造，提高了繞組抗短路故障能力，降低了35kV側輸出電壓，提高了主變及線路設備的供電可靠性。

（2）供電運行方式調整更加靈活，用戶側電容動態無功補償裝置投運正常，提高了110kV電源線路功率因數，由原先的平均0.86提高到平均0.92，實現了力率的由罰變獎，每月力率獎勵約45萬元。取得了較好的經濟效益和社會效益。

（3）該主變大修改造步驟方法，可為同類型主變設備大修提供借鑒參考。