非包封干式整流变压器事故分析

中船重工西安东仪新能源有限责任公司

丁寿江

      引言

      非包封干式变压器具有绝缘强度高、过载能力强、环保防爆、阻燃等特点,被广泛运用到冶金、化工等场所。随着产品的广泛应用,故障频次也越来越高。文中针对一例整流变压器短路事故,进行了现场勘查,对整流变压器事故现场状态和原因进行了深入研究和分析,同时根据判断结果制定了整改措施,确定了事故的处理方案。旨在通过该案例分析,为以后相似事故分析提供处理方案、手段和案例参考依据。


      1、故障情况

      1.1 事故情况概述

      两台型号ZSGB10-2450/10/0.575,移向角为±7.5°非包封干式整流变压器,该变压器在某钢铁公司使用,在变压器冲击合闸时,一台发生短路故障,造成A、B两相高压线圈烧毁。故障后,技术人员对该整流变进行了现场勘查。

      非包封干式整流变压器器身有烟熏痕迹,A、B 相高压线圈表面出现大量炭黑。A 相最为严重,A 相线圈接线面板背测端子出现熔化现象,根据现场情况可以判定为A 相线圈引出线间发生短路故障,事故发生时,产生巨大的短路电流,产品短路点瞬间释放大量的热及弧光使周边物质气化、碳化。

      1.2 原因分析

      新安装的变压器一般要进行冲击合闸试验,在变压器空载状态下,多数情况是在一次侧合闸投入运行,然后分闸切除运行,再重复分合闸3 ~ 5 次,每次操作间隔0.5h 左右。合闸冲击试验会产生较大的励磁电流和操作过电压。

      因为变压器在空载状态下投切时会产生最大达到几倍的过电压,该过电压极易损坏变压器绝缘,同时变压器进行空载合闸时,会产生励磁涌流,由于合闸时相角的不确定性,有时励磁电流值可达6 ~ 8 倍额定电流。而较大励磁涌流同时产生很大的电动力,充分考核变压器的机械强度。

      空载合闸时,磁通随时间变化的关系:

      此时,磁通约为额定运行两倍,励磁电流将达到额定运行的几十倍甚至上百倍。

      对于任何一个感性负载,切除线路时都会产生操作过电压;因感性负载本身存在一定电感值,当电流被切断时,通电电感中的电磁能是不能发生跃变的,流过电感的电流不会瞬间变为0,根据法拉第电磁感应定律E=-LdI/dt 可知变化时间越短,则电流变化率越大,则感应电压就越大,这就是操作过电压产生的原因;一般不接地变压器过电压幅值可达4 ~ 5 倍相电压。瞬间释放的电磁能产生较高的电压。因此,冲击合闸试验对此类非包封产品是个严峻的考验。

      该非包封干式整流变压器高压绕组为轴向双分裂且带有移向绕组,由于电压调整的需要,每一相高压绕组都有四组分接引出线,每组分接引出线有6 个抽头,即每只线圈有多达24 个接线端子。所以接线面板上固定接线端子的位置十分紧张,接线面板背侧的调压引出线之间绝缘距离也很紧张,如果控制不好距离,就极易引起故障的发生。

      1)仔细检查该非包封干式整流变压器,事故的起始部位发生在A 相上面高压(轴向双分裂结构)的A# 和5# 出头之间,如图1 所示。检查发现,A# 和5# 出头之间的距离仅为2mm,而图纸要求该处的距离不得小于15mm。可见,线圈引出线之间距离没有控制好,绝缘距离不足,因此在变压器冲击合闸试验时,该处因操作过电压导致击穿,如图2 所示。

图1A 相故障部位

图2 过电压击穿部位

      2)由于A 相高压线圈的短路事故,产生了高能量的短路电弧,电弧瞬间扩展蔓延开来,灼伤了B 相高压线圈外部NOMEX 纸绝缘层,使B 相高压线圈绝缘损伤严重,其中最严重处是在主绕组的导线上发生匝间粘连,如图3 所示。由此可知,B 相线圈自身并没有发生短路故障,是由于A 相线圈短路释放的电弧造成的损坏。

图3B 相高压线圈粘连处

      3)经过技术人员的现场仔细排查,发现其它引出线之间也存在着不同程度的距离不够的情况,同时,更为严重的是由于引出线密集,操作空间狭小,整流变压器绝大多数的引出线与接线端子连接出现松动,呈现虚接状况,如图4 所示,这给产品运行带来了极大安全隐患,在合闸冲击试验时,该处引出线在合闸冲击时受到较大电动力,连接松动、固定不足,致使引线发生位移,这也是这台产品发生短路故障的根本原因。

图4 引出线与连接端子虚接

      综上所述,该整流变压器为轴向双分裂并有移向绕组,且移向角为±7.5°,所以线圈抽头较多,距离很紧张,引出线在合闸试验时,承受了很大的电动力,由于没有做好引出线的固定,造成引出线位移,绝缘距离减小,致使短路故障的发生。

      2、整改措施

      为保证整流变压器稳定安全运行,经技术人员讨论,制定整改方案如下:

     (1)整流变压器三只高压线圈全部更换;

     (2)增加引出线距离,使其有充分空间排布引出线,保证绝缘距离;

     (3)加强引线包扎厚度,单边半叠包扎厚度增至5mm,浸漆固化增强产品的机械强度和绝缘能力;

     (4)接线端子加装锁紧螺母,确保引线不松动。该整流变压器经过整改后,通过全部试验,并成功送电。

      3、结语

      介绍分析了一台非包封干式整流变压器短路故障原因为引出线、接线端子固定不牢造成。在合闸冲击时,引出线发生位移,致使绝缘距离不足,最终造成了该变压器的短路事故。因此对于特殊产品要确保绝缘距离和机械强度。同时在生产过程中,加强对操作过程的指导和检查,确保产品的安全可靠运行。