变压器漏磁分析及连接螺栓过热处理

变压器漏磁分析及连接螺栓过热处理

1. 欧阳树林2.刘敏  3.朱文  4.曾希皙
2. 国网江西省电力有限公司赣州供电分公司  江西省 赣州市341000

摘要：变压器是电力系统中十分重要的设备，变压器油箱钟罩与底座连接螺栓发热是影响其安全稳定运行的异常之一。遇到此类问题时，往往缺乏针对漏磁通导致箱沿螺栓发热的有效处理方法。当前国内外针对主变压器箱沿螺栓发热问题的研究主要集中在导致发热的漏磁通的理论分析，针对现场实际处理效果的分析不够全面。本文在对连接螺栓发热原因及其危害进行分析的同时，结合某220kV变电站一起漏磁通导致的主变压器箱沿连接螺栓发热事件进行分析，并对该类异常的处理进行深入探讨，旨在更好地保障变压器的安全隐定运行。

关键词：变压器；漏磁；螺栓；过热处理

电力变压器是我国智能电网运行的主要设备之一，变压器的职责是肩负起智能电网输送电能的任务，所以变压器的性能和质量直接关系到电力系统运行的可靠性和运营效益。据相关统计数据显示，截至2020年底，我国在网运行的变压器总量约1700万台，总容量达110亿千伏安。然而，在实际工作中变压器也面临着诸多问题，当变压器漏磁及连接螺栓过热时，就会导致变压器引发出各种故障，从而对变压器的安全运行带来严重威胁，同时也会极大地影响整个电网的安全稳定运行。

1、原因分析

变压器油箱钟罩与底座连接螺栓发热，值得变电站运维管理人员重视。很多类型的变压器在实际运行过程中，都可能出现油箱钟罩与底座连接螺栓发热问题，且发热螺栓的数量、温度也有所不同。

根据实践研究分析，当变压器中流过负载电流时，就会在绕组周围产生磁通，由于没有全部通过主磁路铁芯，而且没有全部与一次和二次绕组交链，因此，这部分磁通经过变压器油、空气、铁芯、绕组等等非铁磁物质闭合，在绕组中由负载电流产生漏磁通(见图1)。

图1：漏磁通路

变压器内大电流低压引线距离油箱壁过近，大电流场构成油箱壁的漏磁发热；有时由于出线的布置不够合理，使油箱合成的电流为2倍的相电流，因而使漏磁通大为增加，如果有很多漏磁经过油箱，并且形成闭合回路，则会在上、下节油箱连接的螺栓产生电流，造成杂散损耗，导致连接螺栓发热。

导致螺栓过热的电流可以分为短路电流以及涡电流。短路电流及涡电流的形成主要指：（1）箱沿螺栓流过较大的短路电流，从而造成连接螺栓发热。大电流引线能够引起漏磁通，而短路电流一般是由于大容量变压器上、下节油箱在强漏磁场中，因磁密度不同而使感应电势间存在电位差，从而在箱沿螺栓中引起。（2）箱沿螺栓感应出较大的涡电流，从而造成连接螺栓发热。漏磁场经过油箱壁，能够形成闭合回路。当漏磁通通过上、下节油箱的交界位置时，如果空气的磁阻大，则大量的漏磁通就会通过导磁较好的连接螺栓，使得螺杆内的磁通密度很高，并在螺杆中感应较大的涡电流。显然，案例中的螺栓过热是受涡电流影响。因变压器底座连接螺栓松紧程度不一致，导致各螺栓电阻分布不均，从而引起变压器漏磁在螺栓上发生涡流导致过热，检查中发现紧固程度越高的螺栓过热越严重。由此判断螺栓发热为漏磁通穿过主变油箱钟罩与底座连接螺栓所产生，由于发热螺栓较其他螺栓紧固，因此电流优先流过此螺栓，造成发热异常(见图2)。

图2：螺栓紧固特性

2、连接螺栓发热危害分析

变压器油箱钟罩与底座连接螺栓发热主要有以下危害：

一是，过热螺栓会将温度传递到变压器钟罩的主密封上，变压器主密封一般采用耐油性高、耐热性好的丁腈橡胶生产制造，但是，如果变压器长期处于高温运行状态，则变压器主密封的老化速度会逐渐加快，进而会造成密封件龟裂、变质和老化问题。如果变压器主密封的老化问题比较严重，则会导致变压器出现漏油或者渗油问题。

二是，如果局部油温上升，则会促进绝缘油的分解作用，在分解过程中会析出气体，进而造成轻瓦斯保护动作，如果气体的分解速度比较快，则所产生的油流就会超过重瓦斯保护整定值，这就会造成断路器误动，从而在一定程度上影响电力系统稳定运行。

三是，变压器油的分解过程中会产生大量气体，这些气体会大大降低设备内部的绝缘性能，甚至会造成绕组绝缘被击穿。

四是，绝缘油在分解过程中所产生的杂质会悬浮在油中，或者吸附在油浸纸表面，造成匝间、线饼间及绕组和屏障之间形成导电桥。另外，在绝缘油分解过程中，还会产生一些酸性物质，这类酸性物质会腐蚀变压器主绝缘和纵绝缘，而油中的杂质会不断累积，然后沉积在绕组或铁芯表面，堵塞油道，导致绕组的绝缘强度降低。

3、案例分析

2022年夏天某月，运维人员对220kV某变电站进行设备红外测温时，发现1号主变油箱钟罩与底座连接螺栓有三个温度异常，温度为70.7℃（其他正常螺栓温度为45℃左右）。后经公司检修人员跟踪精确测温，并采取在温度异常的螺栓两端加装导流件，调整所有油箱钟罩与底座连接螺栓，使所有螺栓松紧度一致等措施，有2颗螺栓停止发热，一颗螺栓未见好转，之后将该螺栓更换为不锈钢的不良导磁材料螺栓，才将缺陷消除。

案例中的变电站2号主变停电，期间1号主变负载率增加，导致主变底部漏磁增加从而产生较大涡流，造成螺栓发热。因此，可得出导致油箱钟罩与底座连接螺栓出现发热问题的根本原因在于漏磁通。

检修人员对1号主变油箱钟罩与底座之间发热及临近螺栓进行了调整，并加装了导流铜导线，此为对经过发热螺栓的箱沿流过的较大的短路电流进行分流，此时发现两颗发热螺栓最高温度已降至51.4℃，与其他同类型螺栓温差不大，起到较好的消除发热效果，但此时仍有一颗螺栓在存在导流铜条的情况下仍然发热，说明导致该变压器钟罩连接螺栓发热的原因是多种综合的，该螺栓还存在涡电流导致的发热，通过查阅资料解决方式为在变压器上下连接间隙填充硅钢片等导磁块，但目前新型变压器设计无可填充导磁块空间，需要更换螺栓为不锈钢等非导磁材料螺栓，在更换螺栓后缺陷消除。

4、处理措施

（1）由于多数变压器在发现存在钟罩螺栓发热时短期内不会有大修或更换计划，且其底部漏磁一时难以降低，因此建议用导流性较好的材料并接发热螺栓即钟罩与底座两端，进行分流，从而使流过螺栓电流减小，减轻发热，对于涡电流原因导致的螺栓发热还需将螺栓更换为非导磁材料。

（2）主变压器钟罩螺栓发热故障非常少见，红外测温能有效地检测出该缺陷。对运行时间较长、负荷较重的主变，应将主变本体螺栓作为红外测温重点关注对象，及时发现缺陷，消除缺陷。

（3）结合主变停电机会，检查主变本体所有连接螺栓以及加装的泄流装置情况，并进行打磨、紧固、涂导电膏处理，必要时进行更换，确保连接螺栓及泄流装置接触良好，从而避免异常发生。

5、结论

综上所述，电力变压器是变电站的重要设备之一，它的安全可靠运行直接影响区域用电安全。在日常运维中，只有不断提升检测技术，完善检测手段，加强对变压器本体所有连接螺栓、导流部分及加装的泄流装置的检测、分析，才能更加优化异常处理方案，从而为实现长周期安全稳定运行奠定坚实的基础，也使电网运行更加安全可靠得到保障。

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