（舞陽(yáng)鋼鐵有限責(zé)任公司，河南舞鋼 462500）

前言

60000 kVA 特種電爐變壓器是20 世紀(jì)90 年代初引進(jìn)奧鋼聯(lián)的設(shè)備。電爐生產(chǎn)能力37 萬(wàn)t/a，實(shí)際產(chǎn)鋼達(dá)105 萬(wàn)t/a。由ABB 公司為其配套制造的TOTOM-L 型60 MVA 殼式變壓器，具有較強(qiáng)的過(guò)電壓能力，允許連續(xù)過(guò)載20%，此變壓器配有與其配套的電抗器來(lái)限制短路電流。此臺(tái)60000 kVA變壓器是大型電爐變中為數(shù)不多的殼式變壓器，對(duì)其器身解體和組裝工作有很大的難度。

1 變壓器參數(shù)及原理圖

1.1 60000 kVA特種電爐變壓器參數(shù)

表1 變壓器參數(shù)

1.2 60000 kVA特種電爐變壓器繞組線圈組成

主要由高壓基本線圈、高壓調(diào)壓線圈、低壓銅排導(dǎo)線、餅間主絕緣、有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)和鐵芯等部分組成，其接線原理圖如圖1。

圖1 接線原理圖

2 變壓器故障分析

2016年7月該變壓器因重瓦斯氣體保護(hù)動(dòng)作停運(yùn)。故障后對(duì)變壓器油樣分析(數(shù)據(jù)見(jiàn)表2)乙炔含量達(dá)到1689.6μL/L,變壓器內(nèi)部發(fā)生了嚴(yán)重的電弧放電，以及繞組電壓比、直流電阻和絕緣電阻測(cè)定等常規(guī)試驗(yàn),結(jié)合對(duì)該變壓器故障，處理的歷史情況,初步判斷變壓器發(fā)生了涉及絕緣的放電故障。經(jīng)過(guò)抽芯檢查,發(fā)現(xiàn)B 相繞組高壓線圈匝間絕緣破裂短路，在分解過(guò)程中發(fā)現(xiàn)第2 個(gè)并聯(lián)支路首匝與其升層的S過(guò)渡彎處發(fā)生弧光放電和匝間短路。

表2 油樣分析結(jié)果

60000 kVA 特種電爐變壓器在舞鋼公司一煉鋼廠使用過(guò)程中，先后發(fā)生三次高壓繞組短路故障。此次故障由于變壓器高壓側(cè)B相繞組發(fā)生短路故障而引起，造成繞組崩毀嚴(yán)重，繞組主絕緣和繞組匝間絕緣出現(xiàn)老化、碳化、破損以及脫落等現(xiàn)象，繞組不能繼續(xù)使用，因此對(duì)60000 kVA 特種電爐變壓器進(jìn)行除低壓二次銅排繞組外的其它繞組全部予以更換。

3 主絕緣、高壓繞組繞制和性能改進(jìn)

3.1 主絕緣

變壓器主要由外殼、器芯、變壓器油以及附件等部分組成，器芯主要有高低壓繞組和主絕緣以及副絕緣等。主絕緣為低壓與低壓、高壓與高壓、低壓與高壓之間以及內(nèi)外絕緣，其形狀尺寸相同，但在厚度、油道的使用上有所差異。高低壓繞組主絕緣圖形為圖2和圖3。

圖2 高低壓主絕緣

A、B、C 三相高壓線圈窗口尺寸；每餅線圈線段尺寸軸向12.5 mm，輻向310 mm，線圈內(nèi)尺寸636×1310，外尺寸1256×1930。主絕緣既保證油道的形成，還要滿足上下對(duì)照整體支撐。

3.2 繞組以及技術(shù)改進(jìn)

3.2.1 線徑尺寸

調(diào)壓線圈導(dǎo)線裸銅導(dǎo)線為6.8×11.5mm，加絕緣尺寸為7.65×12.35mm。導(dǎo)線排列圖形單根繞制如圖4。

基本繞組線徑尺寸：裸銅導(dǎo)線為3.4×11.5mm，加絕緣尺寸為4.25×12.35mm。導(dǎo)線排列圖形雙根并繞如圖5。

3.2.2 高壓繞組基本線圈和調(diào)壓線圈導(dǎo)線改進(jìn)

（1）原三相調(diào)壓線圈為雙根并繞，在兩餅之間中間位置無(wú)導(dǎo)線換位。

（2）基本線圈為四根導(dǎo)線并繞如圖6。線徑為4×2×12.3mm。

圖3 低壓主絕緣

圖4 調(diào)壓導(dǎo)線

圖5 基本導(dǎo)線

圖6 原基本導(dǎo)線

（3）同層導(dǎo)線在餅與餅之間換位，但是選用的同層之間互換，而沒(méi)有使用上下層之間互換，因此對(duì)導(dǎo)線的總長(zhǎng)度沒(méi)有發(fā)生改變，同一匝的導(dǎo)線中每一根導(dǎo)線的電阻各不相同。改進(jìn)后調(diào)壓線圈導(dǎo)線為單根繞法不存在電位互換?；揪€圈雙根并繞，在每套線圈的兩餅之間的中間位置對(duì)兩根導(dǎo)線進(jìn)行位置互換繞制。

3.2.3 B相調(diào)壓繞組繞制

B 相繞組為左繞向，A、C 相為右繞向繞制。如圖7和圖8。

圖7 線圈抽頭分布

圖8 B相繞組繞線圖

（1）抽頭6到抽頭13部分(抽頭到抽頭匝數(shù)如圖8。其中抽頭引線用9 張0.3×30 mm 紫銅帶焊接引出，引線出外徑300 mm，引線單邊包厚5 mm 皺紋紙。

（2）抽頭匝內(nèi)墊整圈1mm 紙墊條，抽頭位加墊1mm紙墊條嚴(yán)格控制線圈輻向310 mm，不足處用紙條墊高。

（3）線圈出頭處加強(qiáng)絕緣，折彎處加紙條綁扎。

3.2.4 A、C相基本繞組上、下餅繞制圖

圖9、10 為A、C 相基本繞組上、下餅圖形，在繞制過(guò)程中進(jìn)行如下處理。

圖9 下餅（尾頭VW）

圖10 上餅（出頭HW）

（1）先繞制下部線圈，內(nèi)部換位處預(yù)留300mm長(zhǎng)的導(dǎo)線，在換位處焊接導(dǎo)線后加強(qiáng)絕緣并加裝餅間油道，而且導(dǎo)線的焊接處需要避開(kāi)線圈圓弧處焊接，按圖11位置換位后繼續(xù)繞制上餅線圈。

圖11 匝數(shù)分布(箭頭位置為導(dǎo)線換位位置)

（2）嚴(yán)格控制線圈輻向尺寸，在輻向不足處用紙墊條在匝間均勻墊高。

（3）高壓線圈出頭位置加強(qiáng)絕緣，折彎處墊紙板條綁扎緊固。

（4）每餅線圈中間和端部用白緊縮帶綁扎緊固，或者在繞線時(shí)使用正反帶布帶法繞制，避免線圈直線邊過(guò)長(zhǎng)而引起的“漲肚”和“塌腰”現(xiàn)象，即能緊固又能保證線圈尺寸。

4 鐵芯疊裝恢復(fù)

（1）整體鐵芯有對(duì)稱兩部分組成（如圖12），兩部分鐵芯之間加5 mm后的紙板條做油道，并保證兩部分鐵芯的絕緣。

圖12 鐵芯平面

（2）鐵芯片在疊裝時(shí)應(yīng)注意鐵芯片每3 片為1疊，片間疊裝整齊，盡量減小疊縫，保證鐵芯片疊裝垂直度，片寬240 mm 與270 mm 之間墊2 層電纜紙，片寬270 mm 的鐵芯片每疊104 mm 厚度墊2 層電纜紙，電纜紙?jiān)趯娱g平整無(wú)褶皺。

（3）270mm 寬的鐵芯片共有11 級(jí)，240 mm 寬的鐵芯片為上下2級(jí)并加有10 mm寬鋁條作為窗口。

（4）在疊裝鐵芯片時(shí)要根據(jù)窗口尺寸盡量增加疊裝厚度，減少變壓器的空載損耗。

5 箱體短網(wǎng)面缺陷改造和變壓器的箱體磁屏蔽

5.1 箱體短網(wǎng)面缺陷改造

60000 kVA 電爐變壓器在檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)原缸體的短網(wǎng)面無(wú)磁板因長(zhǎng)期在磁場(chǎng)的作用下發(fā)生磁化，并且二次出線端絕緣已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)熱老化現(xiàn)象。二次出線端缸體側(cè)壁使用無(wú)磁板，主要是為了避免因低壓側(cè)產(chǎn)生的漏磁通很大，磁感應(yīng)很強(qiáng)，漏磁通在繞組出線端子鋼板上又產(chǎn)生很強(qiáng)的渦流，而減少了發(fā)熱率。最終導(dǎo)致二次側(cè)出線端子絕緣老化、放電、擊穿等故障。因此，去除并更換缸體內(nèi)已經(jīng)磁化的出線端側(cè)壁加強(qiáng)筋板，更換缸沿U 型結(jié)構(gòu)。在更換的同時(shí)為保證缸體原尺寸不發(fā)生變化，采用臨時(shí)加固支撐及焊接前校正等方法，確保各部位尺寸不變化，其中主要保證缸沿整體平行、缸體側(cè)壁垂直高度不變、缸沿窗口大小不變等。更換二次出線端缸體側(cè)壁無(wú)磁板的實(shí)施，有效地避免了因渦流導(dǎo)致的箱壁發(fā)熱。從而保證了變壓器的檢修質(zhì)量及使用壽命，而且檢驗(yàn)效果良好。使用20Mn23AIV 無(wú)磁板材料，具體規(guī)格數(shù)量見(jiàn)表3。

表3 20Mn23AIV無(wú)磁板材料的規(guī)格及數(shù)量

5.2 變壓器的箱體磁屏蔽

變壓器運(yùn)行時(shí)，繞組通過(guò)電流后產(chǎn)生磁場(chǎng)，由于繞組中的鐵芯是良好的導(dǎo)磁體，大部分磁通在鐵芯中，但是也有一些磁通通過(guò)空氣隙和變壓器油傳遞到變壓器外殼上。在外殼中感應(yīng)渦流從而發(fā)熱，既增加了變壓器的發(fā)熱量，也增加了變壓器無(wú)用損耗。在變壓器油箱壁上掛磁屏蔽可以阻斷從繞組到外殼的此通道，大大減少外殼的渦流損耗。

6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)性能檢測(cè)

6.1 繞組額定值檢測(cè)

表4 繞組檢測(cè)

6.2 實(shí)測(cè)值與保證值對(duì)照

表5 實(shí)測(cè)結(jié)果比較

6.3 外施耐壓試驗(yàn)

在被試?yán)@組對(duì)地之間施加50Hz 交流電源，持續(xù)時(shí)間60 s耐壓數(shù)據(jù)表6。

表6 耐壓數(shù)據(jù)表

6.4 空載損耗及空載電流的測(cè)量

變壓器以額定電壓和頻率在二次側(cè)勵(lì)磁，其他繞組開(kāi)路，見(jiàn)表7。

表7 空載損耗及空載電流測(cè)量

表8 負(fù)載損耗及短路阻抗的測(cè)量

6.5 負(fù)載損耗及短路阻抗的測(cè)量

見(jiàn)表8。

7 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本產(chǎn)品依據(jù)GB/T 1094.3-2017以及用戶技術(shù)協(xié)議進(jìn)行試驗(yàn)。所測(cè)量試驗(yàn)結(jié)果符合以上標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)條件、技術(shù)協(xié)議，試驗(yàn)合格。60000 kVA 特種變壓器經(jīng)過(guò)高壓線圈、絕緣等更換和制作技術(shù)上的改進(jìn)，徹底的消除了變壓器的故障以及隱患，目前變壓器在線運(yùn)行穩(wěn)定良好，保證了順利生產(chǎn)，也為冶煉高端品種鋼提供了可靠的設(shè)備保障。

8 總結(jié)語(yǔ)

通過(guò)60000 kVA 特種電爐變壓器的大修工作，有效的提高了使用性能。也使檢修工藝得到鞏固和深化，合理的改造了高壓線圈餅與餅之間電位互換的缺陷問(wèn)題，解決了變壓器箱體短網(wǎng)側(cè)磁化的隱患，以及低壓側(cè)磁屏蔽的改進(jìn)。最終合理有效的提高了變壓器本身的質(zhì)量，同時(shí)也積累了更多的檢修經(jīng)驗(yàn)。