0 引言

目前，大容量的变压器在设计制造过程中基本都要在其夹件或内壁上安装由硅钢片制造而成的磁屏蔽板，为漏磁通提供良好的磁通路，从而对其安装部位的铁心夹件或油箱壁起到漏磁屏蔽的作用^[1]。但是一些设计制造年限久远的变压器并没有安装磁屏蔽，由漏磁通引起的钟罩外壳与底座连接螺栓发热的现象时有发生。遇到此类问题时，往往缺乏针对漏磁通导致箱沿螺栓发热的有效处理方法。当前国内外针对主变压器箱沿螺栓发热问题的研究主要集中在导致发热的漏磁通的理论分析，针对现场实际处理效果的分析不够全面。本文对某110 kV变电站一起漏磁通导致的主变压器箱沿连接螺栓发热事件进行分析，并提出解决措施。

1 发热设备概况及其原因初步分析 1.1 主变压器基本情况及发现的问题

乌兰察布电业局某110 kV变电站主变压器是江苏某变压器厂于2007年6月生产的钟罩式变压器，型号为SSZ9-50000/110，于2007年11月投入使用。2020-05-13，按照例行试验周期对该变电站进行红外精确测温检查时，发现1号主变压器高、低压侧钟罩箱沿有5颗螺栓有明显异常过热现象，最热点温度68.7 ℃（正常相温度45 ℃，温差为23.7 ℃），此时主变压器负荷为30.36 MVA，为该日最高负荷，油温为46 ℃。进一步检测，未发现其他部位存在异常，后台监控和保护装置也无任何异常信号。发现该异常发热现象前，该主变压器运行状况良好。

1.2 发热螺栓情况

连接螺栓的作用是固定变压器器身与底座，如果连接螺栓发热，热量会传递至器身底座连接处的密封胶垫，引起变压器局部过热，主变压器长期在局部高温下运行，不仅会加速密封胶垫的老化，缩短其使用寿命；还会降低变压器油的绝缘强度。同时，高温会使变压器油的分解加速，产生气体，轻者会造成主变压器轻瓦斯报警，重者会导致主变压器重瓦斯动作，退出运行^[2]。

对1号主变压器进行油色谱分析，结果见表 1。表中数据显示变压器油无异常。从5月14日开始，每日选取该主变压器最高负荷时对5颗发热螺栓进行为期一周的跟踪检测，检测结果见表 2。

2 发热原因分析

通过分析表 2可知，变压器箱沿连接螺栓最热点与外壳温差受变压器负荷影响较大，负荷增加，温差增大，负荷降低，温差缩小；箱沿螺栓异常发热区域主要集中在高、低压侧。结合以上分析，判断漏磁通是造成变压器器身与底座连接处螺栓发热的根本原因^[4-5]。

2.1 变压器漏磁产生机理

变压器工作过程中，除主磁通外，绕组线圈电流产生的磁通还会通过变压器油等弱导磁性介质进入变压器油箱再次构成磁通回路，由于这部分磁通仅与本绕组交链，与其他绕组不发生耦合，因此对变压器传递电能的工作无任何帮助，故称为漏磁通^[6]，其产生机理见图 1。变压器一、二次绕组所产生的磁通，未全部通过主磁路铁心，也没有全部与一次和二次绕组交链，这部分磁通经过非铁磁物质闭合，如变压器油、铁、绕组或空气等。当大量的漏磁经过油箱形成闭合回路时，会在上、下节油箱连接的螺栓产生电流，引起杂散损耗，使螺栓发热^[7]。

2.2 漏磁导致箱沿连接螺栓发热

结合漏磁产生机理及变压器工作原理，导致螺栓发热的原因主要分为以下两种。

（1）短路电流流过连接螺栓造成发热。短路电流可能是由大电流引线引起的漏磁通在变压器油箱外壳与底座的连接螺栓处构成的回路中感应出环流；也可能是由于钟罩式变压器油箱外壳与底座在强漏磁场中，因不同材料的导磁能力不同，即磁密度不同而使感应电势间存在电位差，通过螺栓形成闭合回路，从而在螺栓中流过较大的短路电流引起连接螺栓发热^[8]，主变压器漏磁分布见图 2。

（2）连接螺栓感应出较大的涡电流造成发热。漏磁通与油箱外壳和底座形成闭合回路，在钟罩油箱外壳与底座之间有密封胶垫，密封胶垫的外围是磁阻较大的空气，连接螺栓就成了良好的导磁材料，当漏磁通经过上、下节油箱时，连接螺栓内通过了大量的漏磁通，使得螺杆内的磁通密度增大，参与形成漏磁通的闭合回路，并在其内部产生涡电流导致发热^[9]，箱沿螺栓漏磁分布见图 3。

3 不停电处理措施

经查阅该主变压器技术参数，发现其内部并未安装磁屏蔽，虽然停电安装磁屏蔽是最有效的处理方法，但停电处理会对社会经济等造成重大影响。鉴于设备运行的重要性，对不同发热原因进行不停电处理，以实现在不停电前提下消除发热缺陷。

3.1 涡电流导致螺栓发热处理方法 3.1.1 替换发热螺栓

主变压器发热螺栓为普通钢材质，导磁性比空气略好，在漏磁场中由于空气的导磁率低，使得大量的漏磁通经过连接螺栓，连接螺栓内部的磁通密度加大，导致在连接螺栓中产生较大的涡流，引起螺栓发热。为了阻断磁路，5月21日，检修人员将发热的5颗箱沿连接螺栓替换为低导磁材料的不锈钢螺栓^[10]，并利用红外测温仪测量螺栓温度，结果如表 3所示，可以看出，替换螺栓后整体效果并不明显。

3.1.2 加装硅钢片

连接螺栓基本上都是普通钢材质，导磁性能不佳，很容易造成螺栓磁饱和磁阻损耗。硅钢片是变压器铁心叠装过程中的主要材料，具有良好的导磁性，加装硅钢片后，相当于增加了漏磁通路，加大了导磁截面，降低了磁阻。因此，在发热螺栓附近，选取钟罩外壳与底座的空隙处加装用硅钢片制作的导磁块，可有效增加漏磁通路。5月22日，在发热螺栓附近填充导磁块，随后利用红外测温仪测量螺栓温度，结果如表 4所示。5颗发热螺栓的温度在试验前后平均降低了约2.96 ℃，效果亦不理想。

3.2 短路电流导致螺栓发热处理方法

在发热螺栓上搭接临时短路线后，利用钳形电流表测试电流值为6 A，判断此处存在电压差。经分析认为，变压器的杂散漏磁通在上、下箱体间形成了电压差，而变压器上、下箱体连接的等电位线并未完全消除电压差。结合表 2异常发热螺栓温度跟踪检测结果，可知负荷越大发热现象越严重，箱沿螺栓异常发热区域主要集中在高、低压侧箱壳靠近主变压器绕组的区域，据此判断此次发热原因为短路电流流过连接螺栓造成^[10]。对此采取了以下两种处理方法。

3.2.1 加装绝缘垫片

在连接螺栓与变压器箱沿接触处加装绝缘垫片，切断电流通路。螺杆垫片的材质可选用石棉、环氧树脂等。5月23日，将发热螺栓加装绝缘垫片后，利用红外测温仪观测发热螺栓温度，发现整体温度下降效果并不明显，并且出现了发热点转移至变压器箱沿的现象。

3.2.2 加装短接铜排

为了增加短路电流通路，在发热螺栓上加装短接铜排，相当于一个等效并联电阻，等效并联电阻模型见图 4。R₁、R₂分别为发热螺栓电阻与铜牌电阻，在模型中，将发热螺栓与铜排等效为一个尺寸相同的矩形体，此时电阻大小取决于材料的电阻。因短接铜排电阻远小于螺栓电阻，铜排可起到分流作用，且能增加散热面积。5月24日，在发热螺栓上加装短接铜排后，利用红外测温仪观测发热螺栓温度，结果见表 5。采取该措施后螺栓温度降幅平均为20.58 ℃，螺栓整体温度趋于平均，效果明显。

4 结论

通过对某110 kV变电站1号主变压器螺栓发热问题进行分析，得出以下结论。

（1）通过前期对该主变压器螺栓发热温度及负荷的跟踪检测，发现负荷越大，螺栓发热温度越高。负荷减小，螺栓发热温度也随之减小。

（2）短路电流、涡电流等引起的主变压器外壳与底座的连接螺栓发热机理不同，针对不同的发热原因应采取不同的处理措施。

（3）造成此次主变螺栓发热的根本原因是杂散漏磁通在上、下箱体之间形成了电压差，导致短路电流流过螺栓引起。

（4）若因变压器漏磁严重而导致螺栓发热，则加装用硅钢片制作的导磁块或停电处理加装磁屏蔽为最有效措施。