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凌津滩电厂励磁变压器裂纹的处理 刘军 （五凌电力有限公司凌津滩水电厂） 摘要： 本文分析了凌津滩水电厂励磁变压器产生严重缺陷的原因，并对励磁变压器修理、更换改造工程进行了介绍，同时，对励磁变压器的特点、特殊性及其重要参数进行了阐述。 关键词：环氧树脂 高次谐波 涡流损耗 温升 一、概述： 凌津滩水电厂位于湖南省桃源县境内，电厂安装有930MW的灯泡贯流式机组，总装机容量为270MW，是一座以发电为主，兼有航运、防洪效益，并作为上游五强溪水电厂的反调节电厂。 凌津滩电厂的机组励磁系统由瑞士ABB公司成套供应，励磁变压器为浇注干式变压器，额定容量780KVA，电压等级10.5KV/540V，绝缘等级是F级，绕组允许温升是80K，冷却方式为自然空气冷却。2006年9月5日，凌津滩电厂8#机组C级检修期间，在对励磁变进行检查时发现励磁变压器高压侧绝缘外壳三相均出现不同程度的裂纹，随即对其余8台机组的励磁变压器进行了检查，发现6#、9#机组励磁变压器高压侧绝缘外壳三相也都出现了裂纹，继续运行将有绝缘击穿、匝间短路的可能，严重影响了凌津滩电厂机组的安全稳定运行。 二、励磁变高压侧绝缘层开裂原因分析 凌津滩电厂励磁变压器结构为：低压线圈采用铝箔绕制，层间绝缘为DMD（一种耐高温的聚酯薄膜）；高压线圈采用铝导线绕制，经环氧树脂在真空下浇注成型，线圈内外表面环氧树脂绝缘层厚约8mm，为厚绝缘结构。导致高压线圈开裂的原因分析如下： 1、变压器用于励磁系统属于整流变压器类别，高压线圈内有一定分量的高次谐波通过，此高次谐波会在铝导线中产生涡流，因此变压器发热量比同容量的普通配电变压器高； 2、高压线圈为厚绝缘结构，散热较慢，线圈内温度分布梯度较大，导致内部应力增加； 3、环氧树脂和石英粉组成的绝缘系统中无玻璃纤维加强，其结构强度较差，在高温下有一定的脆性，内部应力易导致其开裂。2001年前的产品均未在环氧树脂浇注绝缘层中加入玻璃纤维网，机械强度较差。 树脂复合材料的性能参数如下表1所示： 表1 树脂复合材料的性能参数 4、高压线圈的导体为铝导线，绝缘系统为环氧树脂和石英粉组成，由表1可看出，导线和绝缘的热膨胀系数不一致并相差较大，铝导线在热胀冷缩时会对绝缘系统产生较大的内部应力，此应力是导致导线线圈开裂的根本原因。 图1 8#机组励磁变裂纹 三、励磁变的特殊性 励磁变压器因其负载特性和工作性质的特殊，其设计、制造、运行、维护方面的要求都比普通配电变压器要高，当使用干式变压器作为励磁变时，它是干式特种变中的特种变。 励磁变压器在工作时，负载为感性，所以工作电流都是非正弦形的，除基波外还含有大量的高次谐波分量，从而产生附加的涡流损耗和杂散损耗，这个实际工作电流产生的总损耗远远大于基波工频电流产生的总损耗。励磁变压器二次绕组中流过的是非线性电流，在铁芯中会产生高次谐波磁通，从而使铁心很容易过激磁而达到饱和。另外，励磁系统在启动瞬间频率较低，磁密相对较高。 在负荷谐波含量大的情况下，励磁变压器还要求能在1.1倍额定电压下稳定运行，因此，该种变压器在设计时采用降磁密、降电密和高、低压线圈间加屏蔽的特殊处理方法。 四、干式励磁变的几个重要参数浅析 1、绕组绝缘结构 干式励磁变压器绕组绝缘结构有两种型式：浇注式和缠绕式。 浇注式树脂绝缘干式变压器的高压绕组用树脂浇注，低压绕组端部用树脂封装。浇注式树脂绝缘干式变压器广泛用于配电变压器。 缠绕式绕组属新一代产品，低压绕组用铝箔或铜箔，高压绕组用铜线绕制，绕组外部用玻璃纤维并在真空中注入树脂加以密封，使高、低压绕组成为一体。由表1可看出：玻璃纤维与环氧树脂复合材料配合，其机械强度最佳，其膨胀系数与铜线相接近，为此由玻璃纤维与环氧树脂组成的复合绝缘材料的铜导线构成的缠绕式绕组，具有明显的抗冲击、抗温度变化和抗裂性能，最能满足励磁变压器的特殊的运行要求。 2、绝缘等级及温升 励磁变压器中涉及温升的部件有：绕组、铁心及附加紧固件。由于励磁变压器工作电流除基波外还含有大量的高次谐波分量，从而产生的总损耗远远大于基波工频电流产生的总损耗。如果通过加大励磁变压器额定容量的方法来克服这个温升升高问题，会导致励磁变的额定电流、阻抗电压等电气参数与整个系统的额定工作点不匹配，对系统产生不良影响，因此以长期工作负载时的基波损耗加上高次谐波电流所产生的附加损耗作为励磁变压器温升试验损耗，并以此为依据进行温升设计。 普通干式变压器的绝缘等级的温升按IEC—726—1982标准如表2所示： 表2 变压器的温升极限 确定励磁变压器温升极限时，可按采用绝缘等级降低一级温升标准，以抵消如前所说附加的涡流损耗和杂散损耗造成的温升升高，对于F级绝缘的励磁变压器，在综合考虑以上因素后确定温升限值不超过80K。 3、磁密 由