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电力变压器产生噪声的原因分析 Cause Analysis on Noises Produced by Electric Transformers 宋士强,张文杰 (南海发电一厂有限公司,广东 佛山 528211) 摘要:发电厂大型电力变压器运行时产生噪声的原因一般比较复杂,变压器的制造工艺、系统的运行方式、负荷的变化情 况等都是比较常见的原因。变压器附件(封闭母线)受潮引起电晕放电是变压器产生较大噪声的又一原因,并通过模拟试 验得到验证。 关键词:电力变压器;噪声;封闭母线 [中图分类号]TM762 TM401. +2[文献标识码]B[文章编号]1004 - 7913 (2005) 04 - 0047 - 04 南海发电一厂原2号主变是沈阳变压器厂生 产,型号为SFP7- 240000/ 220 (以下简称SFP7 ) , 低压侧与发电机采用封闭母线联接,管型导线直径 为400 mm ,铝外壳直径为900 mm。SFP7在2002年 11月25日因故障更换为SFP9- 240000/ 220型变压 器(沈阳变压器厂生产,以下简称SFP9)。SFP9是 1台旧变压器,已在某发电厂连续运行8年。其电 气参数与SFP7基本相同,但外部机械参数与SFP7 有些不同, SFP7为4滑轮轨道, SFP9为3滑轮轨 道, SFP7、SFP9低压侧封闭母线三相距离分别是 1 m和112 m。 安装SFP9变压器时采取了以下措施。 a. 拆除SFP9的3条轨道滑轮,经过工程力 学核算,做2根高500 mm的长方形刚体,长、宽 度与变压器尺寸相同,在固定滑轮处焊接3个支撑 墩子与变压器承载处连接, 2根长方形刚体横跨在 4条轨道上。 b. 由于2组封闭母线距离不同,在安装时焊 接一小段封闭母线使SFP9与原封闭母线连接,这 样SFP9就没有了SFP7低压侧起密封作用的绝缘波 纹板。 c. 变压器低压侧没有密封绝缘波纹板,因 此,将变压器低压侧升高座升至汽机房与封闭母线 直通(汽机房墙上有密封波纹板)。 1 更换变压器后出现的问题 2002年12月10日SFP9投入运行, 12月28日 20 : 45 (当时有功为170 MW) 发出沉闷的“嗡嗡” 噪声,约有120 dB ,在50 m远的地方都能听到声 音,当时通过调整负荷及改变中性点运行方式(正 常时1号主变挂在220 kVⅠ 段母线上, 2号主变、 启备变挂在 Ⅱ 段母线上,因启备变高压侧中性点是 死接地,一般情况下1号主变和启备变中性点地刀 接地运行 ) , 噪声维持了3个多小时才消失。 自从发生第1次噪声后经常出现这种现象, 1 个月几次到几十次不等,一直持续到2004年5月 20日。由于该变压器在更换安装时没有进行吊罩 检查,对其内部情况不了解,加之外部支撑结构发 生了改变,当时初步认为SFP9的噪声是制造质量 或安装问题等原因引起的。 2 原因分析及处理 SFP9在安装时取消了支撑滑轮,改用长方形 刚体做支撑物,由于重252 t的SFP9重力集中落在 中间的墩子上,而2根长方形刚体的中间无支撑, 是悬空的,使得长方形刚体两侧翘起5 mm ,必须 用楔子打紧后焊牢,并对2根长方形刚体前后左右 进行固定,防止变压器在运行中位移。SFP9的重 力使长方形刚体两边翘起,在运行时可能产生共 振,用6个5～60 t的千斤顶分别将变压器底部的4 个角和中间顶紧,破坏其共振点,但噪声仍然存 在。我们曾怀疑变压器的质量有问题,请教国内有 关专家,问题始终没有解决。 2004年2月25日 —3月8日2号机组小修期 间,检测发变组绝缘只有1 MΩ,检查汽机房至 SFP9低压侧封闭母线时,打开靠汽机房边的检修 盖,发现B相封闭母线底部有约60 mm深的积水, 内上壁及支撑绝缘子上有结露, A、C相封闭母线 内干燥,打开SFP9低压套管升高座排污阀并没有 水排出。于是将整个B相封母的水擦净,再测发 742005年第4期 东北电力技术 变组绝缘为800/ 500 MΩ。封闭母线在汽机房墙上 有密封波纹板,汽机房内封闭母线情况正常,封闭 母线进水的原因是汽机房外母线封闭不严。但没有 检查到漏点,为了防止封母内积水引起发变组接地 故障,采取临时措施,在检修盖封母外壳底部(原 用于安装硅胶干燥器的管上 ) , 取下橡胶塞子,安 装放水管,并在下部安装阀门,进行定期排水。该 处的封母在厂房外最低处,因此存水最多,加装放 水门后一直有水放出,特别是在雨后水量较多,有 时多达1～2 kg。但噪声依然存在。 中性点接地的变压器受直流偏磁影响,使励磁 电流发生畸变,过大的直流偏磁会使铁心趋于严重 饱和,漏磁增加,导致变压器振动加剧、噪声增 大。当时刚好处于天广直流输电网络调试阶段,南 方电网内部分中性点接地的变压器也受其影响出现 振动加剧、噪声增大的现象。天广500 kV输电线 路刚好在山水区有一接地极,分析认为是因为直流 单极运行时, SFP9与其参数匹配,从而产生直流 偏磁效应,引起电磁噪声。后来经咨询广东省电力 调度中心, SFP9的噪声不是出现在500 kV天广直 流输电线路进行单极调试的时间。当500 kV输电 线路单极运行及调试时,用直流钳型电流表测试 SFP9和启备变直至1号主变改为中性点接地运行方 式,到目前为止还没有测到上述变压器中性点接地 时的直流电流分量。从广电集团中试所高压室得到 的信息,大亚湾900 MVA进口变压器,受500 kV 直流输电线路单极运行及调试影响,其由大地流向 中性点的直流电流分量最大值达40 A左右,一般 为1～6 A。因而排除了SFP9变压器噪声受500 kV 输电线路影响。 2004年5月21—23日2号机组临修,再次对 封闭母线进行检查,发现B相封母内情况依旧, 测发变组绝缘为1 MΩ,从检修人孔钻入,发现整 个封母如同浴盆,上部全是凝结水珠,肯定有热源 处积水,使水受热蒸发所致。重新检查B相套管 升高座排水门,仍没有水放出,于是将SFP9套管 升高座与封母处波纹伸缩橡胶防护罩打开,发现升 高座内有150 mm高的积水,已将下部第2个套管 瓷裙淹没。原来是B相升高座上波纹伸缩橡胶防 护罩有裂缝,下雨时雨水顺着波纹裂缝流进了升高 座内,而且放水孔生锈堵塞形成积水,把阀门堵板 拆除,从导流管中喷射出约20 kg的水。 2004年8月13—5日2号机停机时,检查B相 封母内没有积水,测发变组绝缘为800/ 500 M Ω。 从2004年5月至今SFP9再未发生过不正常的噪声, 运行良好。 分析认为SFP9产生噪声与封闭母线进水受潮 有关。由于变压器低压套管升高座刚好处在变压器 上部油区,该部位温度一般在50～65℃ 之间,从 绝缘防水罩进入套管升高座内的水受热而发生蒸 发,变压器上层油温基本维持不变,水蒸发快慢与 水的多少有关,水少则蒸发快,水多则蒸发慢。当 水蒸发时,封闭母线内部绝缘由干燥逐渐变潮湿, 而且随蒸发的不断进行,封母内部的潮气也越来越 大。雨水为非纯净水,水分子使有效绝缘距离减 小,当其有效绝缘距离小到91093 kV (发电机出口 线电压15175 kV)的起晕电压距离时,封母内部分 瓷瓶开始电晕放电。放电频率和硅钢片迭逢间漏磁 通的频率产生共振、电晕放电在金属壳体中的共 鸣、电离的空气分子相互间发生碰撞产生声波。由 于封母是密封的,声波以空气和金属作为介质从封 母传到变压器,产生噪声。随着蒸发的不断进行, 封母内部的潮气密度越来越大,在外界冷空气和水 分子重力的作用下,水蒸汽变成水珠,封母铝壳上 部的水珠沿着倾斜角流到靠厂房侧,落到下部集 积,瓷瓶上部水蒸气凝结成水滴,使有效绝缘距离 变大,维持不了电晕放电,从而电晕消失。这与我 们所观测到的噪声基本一致,变压器后部、两侧噪 声较大(变压器是三相五柱式 ) , 这样变压器不断 产生噪声。 为了验证分析结果,用受潮后的绝缘子进行模 拟试验,把绝缘子放在底部有水的金属容器内,水 放到底部瓷瓶下的金属部位,容器上部用开孔的绝 缘板密封,电压经小孔引至被试物,底部放一小电 热炉。首先将瓷瓶加15175 kV交流电,未见异常。 1 h后投入电热炉,通过绝缘板看见水开始蒸发, 待整个瓷瓶都充满水蒸气时,产生电晕,同时内部 产生噪声,与SFP9发出的噪声相同,而且电流开 始增加,当停止加热,用风进行冷却时,水蒸气在 瓷瓶上变成水珠后电晕消失,电流减小。反复进行 上述试验,结果相同。 查阅SFP9噪声持续期间的运行记录,发现B 相电流比A、C相小8～10 mA ,由于变压器的变比 为1 200/ 1 A ,因而B相电流实际比A、C相小10 A 左右,其消耗的功率约为1015175/ 3 = 90193 kW。该功率全用于产生电晕放电,通过瓷瓶流入 大地,使机组每天少发电量2 182132 kWh。2号主 变部分异常记录如表1所示。 84东北电力技术 2005年第4期 由表1可以看出,每次出现异常声音的持续时 间不等,而且出现异常响声的时间多在夜间及低负 荷时,可能与夜间温度低、低负荷时变压器上层油 温低及变压器低压套管升高座内水分的蒸发和结露 缓慢有关。由表1还看出发电机电流和变压器B相 电流均与A、C相出现一定程度偏差。 2004年8月15日, 2号主变B相套管升高座 排水后运行参数如表2所示(所有电流数值均用数 字钳型电流表测得)。 2003年12月9—12日, 08 : 00—18 : 00广东 电网公司三广直流输电线路开始进行调试。广东省 惠州局湖滨站1号主变(SFPSZ7- 150000/ 220 ,沈 变产品)噪声测试结果如表3所示(测点1～4分 别为变压器110 kV侧下、左、上和右侧)。 表1 2号主变异常状况记录 发生时间 发电机运行数据 变压器运行数据 有功 / MW 无功/ Mvar 电流/ A a b c 有功/ MW 无功/ Mvar 电流/ A a b c 负序 电流 / % 油温 /℃ 中点 直流 电流 / A 持续 时间 / h 03 - 03 - 01177517 3007 4007 10017550373362381015435未测9136 03 - 03 - 15190607 8007 9007 70018932403393412015540未测9125 03 - 03 - 16089403 6003 8003 6008930187180198015540未测3 03 - 03 - 16165606 6006 7006 60016538350338358014242未测10 03 - 03 - 22181627 5007 7007 60017837386380394013840未测6 03 - 04 - 0598304 0004 2004 0001002019318720301736未测6 03 - 04 - 06110454 7004 8004 60011035235228245016438未测24 03 - 04 - 17172306 9007 0006 90016865351349363013850未测2 03 - 05 - 04142525 8005 9005 8001403729829530801744012 03 - 06 - 19198487 8008 0007 7001942140139741301525300145 03 - 07 - 07200708 2008 3008 2001973542041843201655804144 03 - 08 - 01195657 8008 0007 80019240402395416016654未测711 03 - 09 - 2491504 0004 1004 0009245191192203016744未测415 03 - 10 - 31130575 4005 5005 40013040275273287014944未测2145 04 - 02 - 04198427 8008 0007 70019217403400414015135未测4 04 - 02 - 06199518 0008 1008 00019525410406421013338未测2 04 - 02 - 09192347 6007 8007 60019010395392405013340未测4103 04 - 02 - 12198508 0008 1008 0001902541140842201449未测4 04 - 02 - 16193507007 8007 70019017401400407014247未测411 04 - 02 - 17176527 2007 4007 10017230369366380013745未测311 04 - 02 - 18199508 0008 1008 00019335410407420014248未测3 04 - 02 - 19194657 9008 0007 90019138407404418013547未测1103 04 - 02 - 21200488 0008 1008 00019825417415428014247未测2 04 - 03 - 28135355 5005 6005 5001352527927628801374004 表2 2号主变排水后无异常声音时部分参数 发生时间 发电机运行数据 变压器运行数据 有功 / MW 无功/ Mvar 电流/ A a b c 有功/ MW 无功/ Mvar 电流/ A a b c 负序 电流 / % 油温 /℃ 中点直流 电流 / A 持续 时间 / h 04 - 05 - 20177517 3007 3007 300175503733743760154350 03 - 06 - 15190607 7007 7007 700189324034054070155400 03 - 07 - 1689403 6003 6003 600893018718819101554003 03 - 08 - 16165606 6006 6006 60016538350351353014242010 03 - 09 - 22181627 6007 6007 6001783738638738801384006 942005年第4期 东北电力技术 表3 惠州局湖滨站1号主变噪声测试记录 时间 负荷 / kW 噪声最大值/ dB 测点1 测点2 测点3 测点4 直流 电流 / A 03 - 12 - 09 - 11:20 57 000120105126151156 03 - 12 - 09 - 12:00 55 000829385926 03 - 12 - 09 - 16:00 54 0008497128615104116 03 - 12 - 11 - 09:20 50 00085129383916 03 - 12 - 11 - 12:00 56 00083179788103126 03 - 12 - 11 - 15:005 300849682946 03 - 12 - 11 - 16:00 50 000801392168292156 03 - 12 - 11 - 20:00 60 0009397128613104116 3 结论 变压器正常运行时产生噪声除变压器的制造质 量、系统的运行方式、直流输电网络运行方式等比 较常见影响因素外,封闭母线受潮引起电晕放电也 会使变压器产生较大的噪声,应引起足够的重视。 对变压器产生噪声的原因应从多方面综合考虑,以 免产生错误判断,造成较大的经济损失。 作者简介: 宋士强(1961— ) , 男,本科,高工,主要从事发电厂电气设 备技术监督及设备管理工作。 (收稿日期 2005 - 01 - 20) (上接第39页) 兰凸面之间加垫调整,但要注意密封垫厚度变化的 影响,法兰螺栓紧固后,测量转臂插杆(盘根未装 前)活动量进行核对。 b. 对于制造单位的建议 努力缩小回转阀套肩环两侧面积差,以减小压 力变化引起的轴向力,或设计在另一侧加一平衡定 位环,如此改进后,不仅保证了窗孔对中,而且从 根本上避免了回转套轴向串动,保证了调节阀流量 特性不变。 c. 对于逆止阀制造单位的建议 可将导向杆端头车成阶梯形(撞击面转移到直 径较小处 ) , 一旦卷边不会影响滑动,已发现有此 问题的生产单位,可按此处理。或在设计时限位选 择在门柄套上(铜套端面不接触 ) , 但加工工艺要 求高,否则受力不均易产生偏斜。 5 结论 结合管道振动部位、调节阀开关异音、流量变 化规律及设备实际检查所发现的现象、特征等综合 分析认为: 2号炉给水与减温水管道振动、压力摆 动大,是由于主给水调节阀回转阀套轴向串动改变 了流量特性和减温水逆止阀卡涩所致。 作者简介: 李建龙(1955— ) , 男,工程师,从事电厂运行检修技术管理 工作。 (收稿日期 2004 - 11 - 15) (上接第44页) 好方法;但结焦性强的煤种要避免和高灰分煤种混 烧,这样会加剧锅炉的结焦。 2. 5 改善炉内空气动力工况 通过严格的空气动力场试验,缩小假想切圆的 直径,并且把单切圆扰动改为双切圆扰动。由原来 的一、二次风混合燃烧扰动的一个假想切圆,改造 成由一次风粉扰动和二次风扰动形成的2个假想切 圆,二次风切圆在外,防止了煤粉气流的贴壁、飞 边现象,从而有效地避免了水冷壁结焦。要堵塞漏 风,漏风破坏了正常的炉内空气动力工况,影响火 焰充满程度与搅拌混合情况,并改变了火焰中心位 置,降低炉温,使燃料着火推迟,火焰中心上移, 促使受热面结焦。 炉膛热负荷、炉膛内燃烧工况、氧量在运行中 可以监测到,若发现异常,应及时调整,有结焦应 及时清除,这是防止结焦的有效手段。 作者简介: 何连金(1974— ) , 男,本科,助工,主要从事电厂运行方面 的工作。 (收稿日期 2005 - 01 - 12) 欢迎刊登广告 05东北电力技术 2005年第4期