馬海龍，高 超

（蘇州熱工研究院有限公司，江蘇蘇州 215004）

0 引言

核電廠主變壓器作為常規(guī)島電氣設(shè)備中唯一受核安全監(jiān)管的設(shè)備，對(duì)保障核電廠外電源的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行起到至關(guān)重要的作用。根據(jù)國內(nèi)外變壓器經(jīng)驗(yàn)反饋事件分析，大型電力變壓器內(nèi)部故障通?？蓺w納為機(jī)械故障、放電故障和過熱故障。其中，變壓器振動(dòng)問題容易引起鐵心緊固件松動(dòng)、硅鋼片漆膜磨損、繞組緊固力松弛等，導(dǎo)致變壓器機(jī)械故障的產(chǎn)生，進(jìn)而造成變壓器運(yùn)行壽命縮短或引起變壓器內(nèi)部故障，甚至發(fā)生機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)停堆事件。

本文將根據(jù)某核電廠主變壓器油箱壁局部振動(dòng)偏高案例，結(jié)合變壓器振源振動(dòng)機(jī)理和傳播途徑研究，通過對(duì)變壓器油箱壁振動(dòng)進(jìn)行測量和特性分析，對(duì)變壓器健康狀態(tài)進(jìn)行分析評(píng)估，為現(xiàn)場大型電力變壓器油箱壁局部振動(dòng)問題分析提供借鑒。

1 案例介紹

某核電廠在日常巡檢發(fā)現(xiàn)主變壓器A 相低壓側(cè)西側(cè)，油箱壁局部振動(dòng)高于其他部位?，F(xiàn)場測量數(shù)據(jù)見表1，振動(dòng)速度最大為17.23 mm/s（無標(biāo)準(zhǔn)要求，廠家推薦振動(dòng)速度小于30 mm/s），其他部位振動(dòng)速度小于5 mm/s?，F(xiàn)場檢查噪聲、鐵芯和夾件接地電流、匯流母管接地電流、油位、油面溫度、繞組溫度均無異常，負(fù)荷及無功平穩(wěn)，油色譜特征氣體均無異常。

表1 變壓器滿功率平臺(tái)測量振動(dòng)數(shù)據(jù)

現(xiàn)場跟蹤測量主變振動(dòng)值，并將振動(dòng)值偏高的油箱壁區(qū)域進(jìn)行標(biāo)注，振動(dòng)速度為11.04～15.23 mm/s，同時(shí)發(fā)現(xiàn)此處鋼板存在凸出部分，最大凸出位移量為3.7 mm。為確保核電主變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行，下面將對(duì)該變壓器振動(dòng)問題進(jìn)行分析研究。

圖1 主變A 相油箱低壓側(cè)西側(cè)底部振動(dòng)偏高位置

2 變壓器振動(dòng)機(jī)理分析

在交變磁通作用下，大型電力變壓器的鐵心和繞組會(huì)發(fā)生振動(dòng)，這是變壓器的固有特性，變壓器的振動(dòng)與容量、硅鋼片性能、磁通密度、鐵心結(jié)構(gòu)等因素相關(guān)。變壓器振動(dòng)的來源有：硅鋼片磁疇伸縮引起的鐵心周期性振動(dòng)；電流通過繞組時(shí)，電磁力引起的繞組振動(dòng)等。該核電廠主變壓器鐵芯采用單相四柱式優(yōu)化鐵心結(jié)構(gòu)，鐵芯采用全斜接縫并采用性能良好的高導(dǎo)磁、低損耗優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片疊積，心柱用用粘帶綁扎機(jī)綁扎，芯柱臺(tái)階處用圓棍撐緊，增加了鐵心的綁扎力度，增大了繞組的壓緊力。在變壓器滿功率運(yùn)作時(shí)，根據(jù)鐵磁材料的磁致伸縮特性，硅鋼片磁致伸縮將引起鐵心周期性振動(dòng)，鐵心振動(dòng)頻譜的基頻為變壓器輸入電壓頻率的二倍頻信號(hào)。與此同時(shí)，根據(jù)畢奧-薩伐爾定律，變壓器繞組內(nèi)通過輸入電流，繞組任意一點(diǎn)所受電磁力與電流的平方成正比，繞組將產(chǎn)生振動(dòng)，振動(dòng)頻率為輸入電流頻率的二倍頻信號(hào)，由于發(fā)電機(jī)輸出電壓頻率為50 Hz，變壓器輸入電流同樣為50 Hz，由此可知，變壓器滿功率正常運(yùn)行時(shí)，鐵心與繞組振動(dòng)基頻為100 Hz 左右，此外也會(huì)含有部分200 Hz、300 Hz、400 Hz 等高次諧波成分。

對(duì)該主變壓器A 相低壓側(cè)西側(cè)局部振動(dòng)高位置進(jìn)行頻譜測分析，圖頻主要為100.139 Hz 分量，其次為少量的300.385 Hz 和400.484 Hz 分量（圖2）。由此可知，本次主變A 相油箱壁局部振動(dòng)情況與變壓器鐵心磁致伸縮和繞組受電磁力振動(dòng)（基頻100 Hz）有關(guān)。

圖2 主變A 相低壓側(cè)西側(cè)局部振動(dòng)高位置進(jìn)行頻譜分析圖

其振動(dòng)傳播路徑表述如下，變壓器在穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，變壓器本體產(chǎn)生的100 Hz 基頻振動(dòng)（鐵心磁致伸縮和繞組電磁力作用下產(chǎn)生振動(dòng)），可以通過變壓器絕緣油和鐵心與基座的緊固件兩條途徑傳播到油箱壁（圖3）。當(dāng)油箱壁某一點(diǎn)固有頻率接近變壓器本體產(chǎn)生的100 Hz 基頻振動(dòng)時(shí)，該點(diǎn)將產(chǎn)生局部共振現(xiàn)象，振動(dòng)幅度將比油箱壁其他部位明顯偏大。

圖3 油箱壁局部振動(dòng)高振源與傳播途徑

3 跟蹤測量結(jié)果

對(duì)上述變壓器進(jìn)行滿功率跟蹤測量，測量結(jié)果與變壓器振動(dòng)機(jī)理分析相互印證。變壓器振動(dòng)速度均在20 mm/s 以下，振幅最大為61 μm，電氣量、非電氣量、電流諧波分量等數(shù)據(jù)及現(xiàn)場查勘無異常。參考《國家電網(wǎng)公司變電檢測管理規(guī)定（試行）》，“油浸式變壓器油箱壁振動(dòng)最大不大于100 μm（p—p）的規(guī)定”。且結(jié)合國內(nèi)核電廠運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)反饋“部分基地主變存在136 μm的振動(dòng)幅值長期滿功率正常運(yùn)行”的先例。因此可判斷此次主變壓器A 相油箱壁局部振動(dòng)高于其他部位問題屬于變壓器本體（繞組和鐵心）正常振動(dòng)與油箱壁局部固有頻率產(chǎn)生共振所致，排除了變壓器內(nèi)部鐵心及繞組故障問題，變壓器可繼續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行。

4 結(jié)論

通過對(duì)主變壓器現(xiàn)場狀態(tài)量測量數(shù)據(jù)分析和頻譜技術(shù)分析，結(jié)合變壓器振源振動(dòng)機(jī)理和傳播途徑研究，確認(rèn)此主變壓器油箱壁局部振動(dòng)問題振源為變壓器本體（繞組和鐵心）振動(dòng)，通過變壓器絕緣油以及鐵心與基座的緊固件傳遞到油箱壁上，與油箱壁局部固有頻率（接近100 Hz）產(chǎn)生共振，引起油箱壁振動(dòng)值高于其他部位，排除了變壓器內(nèi)部故障問題，有效避免了變壓器排油內(nèi)檢造成的機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)，確保變壓器的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。