電子束爐變壓器的故障檢查研究
引言
EBCHR2/50/500電子束爐是西北有色金屬研究院從德國ALD 公司進(jìn)口的大型設(shè)備，適用于熔煉和重熔鎢、鉬、鉭、鈮、鋯、鉿等難熔金屬及其合金，它具有兩個(gè)完全獨(dú)立的電子槍，兩只槍均由一個(gè)高壓變壓器供電。該變壓器是電子束爐的核心組成部分，為浸油自冷式高壓整流變壓器，額定功率為500KW，它將500V三相交流電升高到36KV三相交流電，再整流成40KV直流電輸送給電子槍，電子槍在40KV加速電壓下發(fā)射高密度快速電子束來熔煉金屬。
1 故障現(xiàn)象
電子束爐按正常程序操作熔煉鉭金屬時(shí)，40KV高壓電源突然斷電，操作面板上出現(xiàn)報(bào)警顯示：“Hv Transformer BUCHHOLZ”（高壓變壓器瓦斯繼電保護(hù)動(dòng)作）。打開變壓器的放氣閥放氣，報(bào)警消失，此時(shí)變壓器能產(chǎn)生40kv直流電壓，但高壓既不能保持又不能帶負(fù)載，2到3分鐘后，同樣的報(bào)警信號再次出現(xiàn)，變壓器主回路電源斷開，停止工作。 2故障檢查
2.1 變壓器的外部檢查
（1）檢查油枕內(nèi)和充油套管內(nèi)油面的高度，發(fā)現(xiàn)油位正常，封閉處無滲漏油現(xiàn)象；
（2）檢查變壓器的響聲，發(fā)現(xiàn)噪音稍大，但未有異常聲音出現(xiàn)；
（3）檢查變壓器的絕緣套管及瓷瓶，未發(fā)現(xiàn)有破損裂紋及放電燒傷痕跡；
（4）檢查一、二次母線，接頭接觸良好，不過熱，外殼接地良好；
（5）檢查呼吸器，氣路暢通，硅膠的顏色為淡紅色，吸潮未達(dá)到飽和。
2.2 變壓器負(fù)荷檢查???????????????????????????????????????
（1）用鉗形電流表測量變壓器空載時(shí)一次繞組的三相空載電流，A相：ＩA=160.8A；B相:ＩB=55.8A；C相:ＩC=5.7A。
（2）故障發(fā)生時(shí)，用紅外線測溫儀測量變壓器外殼不同區(qū)域的溫度，溫度為55℃左右，一分鐘溫升超過5℃。
2.3 氣相色譜分析檢查
??? 采集變壓器本體油、瓦斯油、瓦斯氣進(jìn)行氣相色譜分析檢查，結(jié)果見表1。
? 本體油 瓦斯油 瓦斯氣?
氫 1109 1710 373350?
氧 21165 21190 21345?
一氧化碳 210 165 28235?
二氧化碳 530 1145 8570?
甲烷 309.5 3284.5 12659?
乙烷 38.5 947.5 6592?
乙烯 535.5 11309.5 14516?
乙炔 380.3 39860.0 20725.0?
總烴 1264.0 19528.0 54492.0?
表1? 油樣氣相色譜分析表
3 故障現(xiàn)象及分析
? 變壓器的故障一般分為電路故障和磁路故障。常見的電路故障有線圈絕緣老化、受潮，材料質(zhì)量及制造工藝不良，二次系統(tǒng)短路引起的故障等。磁路故障常見的有硅鋼片短路、穿芯螺絲與鐵芯間的絕緣損壞以及鐵芯接地不良引起的放電等。
3.1 三相電流不平衡
當(dāng)變壓器二次繞組開路，一次繞組施加額定頻率的額定電壓時(shí)，一次繞組中的電流稱空載電流I0。通常I0與額定電流IN的關(guān)系可表示為：
i0％＝（I0 /IN）*100＝1－3％
該變壓器的額定電流為577A，空載電流I0應(yīng)在5.77A到17.3 A之間，而實(shí)測的一次繞組三相空載電流ＩA=160.8A，ＩB=55.8A，ＩC=5.7A。三相電流極大的不平衡，初步推斷為變壓器繞組局部發(fā)生匝間和層間短路，產(chǎn)生很大的短路電流。
3.2 變壓器油溫不斷升高
油溫不斷升高可能由以下幾個(gè)方面引起：
（1）渦流使鐵芯長期過熱而引起硅鋼片間的絕緣破壞，鐵損增大，油溫升高；
（2）穿芯螺絲絕緣破壞后，與硅鋼片短接，有很大的電流通過，使螺絲發(fā)熱，油溫升高；
（3）繞組局部發(fā)生匝間和層間短路，二次線路上有大電阻短路等，也會(huì)使油溫升高。
3.3 瓦斯繼電保護(hù)動(dòng)作
? 瓦斯保護(hù)是變壓器的主要保護(hù)，它能監(jiān)視變壓器內(nèi)部發(fā)生的大部分故障。繼電保護(hù)動(dòng)作的原因有以下幾個(gè)方面：
（1）濾油、加油和冷卻系統(tǒng)不嚴(yán)密，致使空氣進(jìn)入變壓器；
（2）變壓器內(nèi)部故障、短路，產(chǎn)生少量的氣體；
（3）保護(hù)裝置二次回路故障。
外部檢查未發(fā)現(xiàn)變壓器有異?，F(xiàn)象，應(yīng)查明瓦斯繼電器中氣體的性質(zhì)。從表1瓦斯氣體中氫、一氧化碳、甲烷等可燃?xì)怏w含量劇增，說明變壓器內(nèi)部有故障。氣體顏色為灰色和黑色，有焦油味，則說明油因過熱分解或油內(nèi)層發(fā)生過閃絡(luò)故障。
上述分析對變壓器內(nèi)的潛伏性故障還不能作出正確的判斷，還需要結(jié)合氣相色譜法判斷：
從表1中可以看出氫、烴類含量急劇增加，而一氧化碳，二氧化碳含量增加也不大，這就表明了變壓器裸金屬方面及固體絕緣物（木質(zhì)、紙、紙板）的過熱性故障不存在；甲烷，乙烷，乙烯氣體有所增加，而乙炔含量很高，這表明變壓器內(nèi)出現(xiàn)過電弧放電，使油分解而產(chǎn)生乙烷、乙烯和乙炔，可能為繞組匝間和層間短路放電性故障導(dǎo)致。為更加明確故障點(diǎn)，需要對變壓器進(jìn)行吊芯檢查。
4吊芯檢查與維修
拆開變壓器，用20噸吊車吊出變壓器芯部作如下檢查：
（1）用萬用表依次測量一、二次繞組每個(gè)線圈對地的絕緣情況，發(fā)現(xiàn)一次繞組U、V相線圈與地及鐵芯接通，其他線圈絕緣良好。
（2）用萬用表測量硅鋼片間、穿芯螺絲與鐵芯間的絕緣良好，鐵芯接地良好。
（3）檢查保護(hù)裝置二次回路，將保護(hù)開關(guān)、保護(hù)線路及整流阻容作檢查，全部良好。
通過檢查與分析，斷定變壓器故障為一次繞組U、V相線圈絕緣層損懷，匝間短路放電、油過熱分解使瓦斯繼電保護(hù)動(dòng)作，斷開變壓器主回路電源。聯(lián)系變壓器生產(chǎn)廠家德國MUNK公司，定購兩組線圈，各種費(fèi)用總計(jì)25萬元人民幣。更換兩組線圈后，由國內(nèi)變壓器生產(chǎn)廠家對油進(jìn)行過濾、干燥處理，對變壓器芯部作24小時(shí)的烘干處理。安裝調(diào)試后，變壓器恢復(fù)正常工作。
5 結(jié)束語
通過上述分析，可以發(fā)現(xiàn)變壓器油樣氣相色譜分析報(bào)告中的氫、烴類含量急劇增加，乙炔含量很高，一次繞組空載電流不平衡，油溫不斷升高等現(xiàn)象。所有這些都說明變壓器內(nèi)部出現(xiàn)了繞組匝間和層間短路的放電性故障。本文介紹的故障檢查與分析方法簡單、實(shí)用、成本低廉，為單位節(jié)約資金約20萬元，值得同行業(yè)用戶借鑒。?