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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 kV 段母线上, 2号主变、 启备变挂在 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560 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 M,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 M。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12 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16 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2123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 M,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135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 。 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5065 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810 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912日, 08 : 0018 : 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14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