淺析變壓器接地屏蔽設計改進

李學鋒 蔡定國 連 駿

明珠電氣股份有限公司，廣東 廣州 511400

整流變壓器是整流設備的電源變壓器，是專供整流系統的變壓器。整流設備的特點是原方輸入交流，而副方通過整流原件后輸出直流。由于整流變壓器繞組中電流含有非正弦的高次諧波，為了提高功率因數，整流變壓器繞組大多采用二分裂、三分裂結構，廣泛應用在冶煉軋鋼、變頻傳動等領域。

為了減小整流變壓器高、低壓之間高次諧波的影響，均應在高、低壓繞組之間加繞靜電屏蔽層。整流變壓器繞組接地屏蔽通常由銅箔繞制成一個不閉合的開路環，通常放置在主通道高低壓線圈之間，銅箔端部通過引線引出接地，其主要作用是抑制電網諧波，消除漏磁通對設備的干擾，保護閥側用電設備的安全。

1 試驗數據和故障現象分析

1.1 故障變壓器基本參數及運行狀態

該變壓器型號：ZSF-8400/10，額定容量：8400 kVA，繞組額定電壓和分接范圍：10±2×2.5%/2×3.55 kV，聯結組別：Dd0y11，冷卻方式：自然油循環自冷（ONAN）。該變壓器為高、低壓軸向分裂結構，高壓繞組為中部調壓，二次側接交變頻系統，此產品在現場的負載是一臺5500 kVA的電動機，電動機帶轉孔軋機，用于鋼管的轉孔之用。

1.2 變壓器保護動作情況

該變壓器后臺顯示輕瓦斯保護動作，此前變壓器已帶載運行60天左右，無異常，由于某鋼廠生產任務工作繁忙，現場維護人員對變壓器氣體繼電器進行了放氣處理，對高壓柜進行了復位送電，變壓器繼續進行工作，1天后，輕瓦斯再次動作報警。

1.3 現場電氣試驗分析及檢查情況

技術人員到達變壓器現場后，對變壓器進行例行試驗，其中包括變比試驗、直流電阻試驗、絕緣直流電阻試驗、空負載試驗、工頻耐壓試驗等[1-2]，所做試驗均沒有發現變壓器有異常，忽略試驗條件不同造成的影響，所有試驗數據與出廠試驗數據基本吻合，如表1、表2所示。唯有氣體繼電器中含氣，排出去的氣體可燃，成藍色火焰狀。

表2 現場空載負載試驗數據

表1 現場直流電阻試驗數據 試驗溫度：20℃

1.4 絕緣油色譜分析

故障發生后，對該變壓器絕緣油進行色譜分析如表3所示，H2烴類氣體含量大幅增長且C2H2含量嚴重超標，根據DL/T722-2014《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》，三比值法分析編碼為110，屬于電弧放電兼過熱，提示為參考典例因環流引起電弧[3]。

表3 油中溶解氣體數據

2 處理方法和原因分析

2.1 現場變壓器解體檢查

變壓器進行現場吊心后，變壓器高壓線圈外表面無異常，沒有發現放電點，拆除掉鐵芯上鐵軛后，首先把A相高壓線圈拔出后，發現高低壓主通道絕緣紙筒中部有明顯炭黑，并且放電部位已把主絕緣絕緣紙筒燒漏，如圖1所示。然后對B、C兩相也分別進行了解體，共計發現放電位置六處，分別為A、B、C三相中部上下部銅箔連接處位置，每相接地屏蔽有兩處燒毀點，如圖2所示。

圖2 接地屏蔽故障點

圖1 主通道絕緣紙筒炭黑點

2.2 故障原因分析

此變壓器設計結構為內低壓外高壓，高壓上下部線圈并聯，中部抽頭調壓，高壓線圈整體采用3.0 mm硬紙筒繞制而成，低壓線圈在里為雙分裂結構，上部為角接線，下部為星接線，當初設計者為了節約銅材，接地屏蔽采用四段銅帶并聯結構，四段銅帶再由三根軟銅帶相串聯后在端部引出接地，經認真研究分析這種屏蔽結構是極其不合理的，由于線圈中部存在漏磁嚴重，此時接地屏蔽相當于多點接地，而燒毀的兩處均已構成回路，漏磁環流在此回路通過，產生了極大的危害電流，是造成這次故障的主要原因。如圖3所示，黑色處為故障點[4-5]。

圖3 故障時接地屏蔽結構簡圖

2.3 處理措施

對變壓器接地屏蔽進行了重新改進設計，屏蔽優化為上下部單獨一張銅帶結構，上下端部用軟銅線單獨引出接地，如圖4所示。更換全部高低壓線圈及變壓器絕緣油，返修后變壓器運行至今無任何問題。

圖4 更改后接地屏蔽結構簡圖

3 總 結

本文介紹了一起由于接地屏蔽設計得不合理而導致變壓器故障案例，從中可以看出變壓器的安全可靠運行對工廠正常生產、經濟效益的提升有著很重要的意義，變壓器接地屏蔽設計的合理與否直接關系到產品運行狀態，通過改進變壓器接地屏蔽的結構，提高了變壓器的安全可靠性[6]。

建議今后當發現變壓器出現電流、電壓、瓦斯報警等異常時，為確認變壓器的運行狀況，避免變壓器在非正常狀態下繼續運行，應立即安排油色譜分析并運行12 h再次進行油色譜分析對比，當任意特征氣體有明顯增長時，應立即安排停電試驗[7]。