(广东电网责任有限公司惠州供电局 广东惠州 516001)
摘要：简述一起某厂生产的500kV主变压器在组装前铁芯发生生锈的缺陷事件。在业主监造人员与厂方技术人员对生锈铁芯进行全面排查后，发现生锈的生锈部位均为铁芯上轭部位和旁柱顶部，其余部位未见生锈。经严密论证和分析，为彻底消除此类缺陷，对铁芯的干燥工艺进行了优化，严把干燥用煤油质量关，对干燥过程进行实时管控，取得了明显成效。
关键词：主变压器；铁芯；生锈；干燥
0引言
大型主变压器被誉为是变电站乃至地区电网的心脏，他的可靠运行直接关系着地区电网稳定。一方面，主变压器是一种相当昂贵的电气设备，通常要服役短则十几年，长则几十年；另一方面，尽管一台主变压器在它长达数十年的服役期间出现致命故障的概率不高，但是一旦出现故障就会造成重大的经济损失和恶劣的社会影响。因此，对于主变压器的设计、制造和运行维护都必须严格依照相关规程开展。而在这些环节中，制造环节的质量把控显得尤为重要，也是相对容易落实质量监控措施，并取得明显成效的一环。在业主代表的监造中，对关键生产工艺、关键生产设备等关注点更应该着力严格把关，监督生产厂家严格依照技术协议和国家标准保证产品质量，切实保障业主的合法权益和合理诉求。
本文以一起笔者亲历的500kV主变压器铁芯装配前发生的生锈缺陷及相关处理为例，分析了铁芯产生氧化锈蚀和工艺缺陷的原因，对已产生的缺陷的处理措施及与防范措施，可为运维人员尤其是监造人员提供一个借鉴参考。
1缺陷情况简述
2018 年12 月14 日，某新建变电站采用某厂生产的主变压器（型号ODFS-334000/500）器身干燥后在总装过程中，被现场监造人员发现主变器身铁心上轭上表面和旁柱上表面轻微生锈情况，监造人员随即叫停组装工作，并责成厂家妥善处置。
铁芯在变电压器是磁路部分。通常由含硅量较高，表面涂有绝缘漆的热轧或冷轧硅钢片叠装而成。若铁芯在组装前已生锈而未处理，在运行时的产生危害将不容忽视：铁芯生锈可能会导致铁芯片间短路，涡流环流增大，铁损增大，进而铁芯发热量增大。严重的情况下会因局部温升过高过快而危及相邻部位的绝缘和局放超限，进而使变压器产生内部故障甚至烧毁变压器。由此可见，在监造环节对铁芯的表面情况的检查尤为重要。
2原因分析
2.1现象解析
进过现场人员的全面检查和确认，在造的2台主变压器铁芯上轭下表面、旁柱侧边、下轭上下表面均未发现有生锈现象，如下图1、图2箭头所示区域均未见铁芯有锈迹。生锈现象仅限于铁芯上轭上表面区域，且均匀分布。
图1 现场装配图 图2铁芯结构简图
查阅厂家此前留存的铁芯干燥前的图片，该两台主变铁芯器身入炉前铁芯整体外观光洁，上轭上表面并无生锈现象。
2.2原因分析
该变压器厂使用业界广泛应用的煤油气相干燥工艺对铁芯、绕组及附件绝缘件进行整组入炉干燥。煤油气相干燥的基本原理，是利用煤油在真空状态下加热蒸发，成为高温的煤油蒸汽，在真空罐内遇到温度较低的工件而冷凝，放出冷凝潜热（约306.6kJ/kg）从而对器身进行加热。冷凝的煤油被收集，通过煤油输送系统重新送至蒸发器，再次加热蒸发，如此反复循环多次，工件温度持续升高，而其中的水分也不断蒸发成水蒸气，被真空系统抽走，最终达到彻底干燥的目的。原理如图3所示
图3煤油气相干燥工艺
经查阅车间生产日志,期间记录的一些数据引起了人们的注意。其中以下几点异常更是引起了在场人员的重视：
（1）一是生产日志记载当时对其中一台的主变（记为T1）铁芯器身干燥出炉后的废油排出量进行比对，教正常情况下几乎增加了一倍。为验证人们对干燥用煤油的成分异常的推测，厂家安排对同一干燥炉（生产代号VP1,以下简称VP1） 的煤油进行空罐运行并增加额外的独立蒸馏，发现排放出的废油约为正常情况的2 倍。这一结果验证了此前的推测，也初步确定关键问题在于煤油不纯。
（2）生产日志记录该2台主变铁芯器身入炉前在车间均放置了17 天左右，表面未做任何防护客观上绝缘件吸收的水分较多。
（3）经检查，该批次的铁芯用硅钢片的剪切口均未作表面处理。在长时间暴露于空气中，硅钢片剪切口易氧化生锈，若空气湿度大、温度较高，硅钢片切口更是极易氧化生锈，往往造成变压器铁芯成品装进油箱前就严重锈蚀，影响产品质量；另外剪切口锈蚀产物与变压器油发生化学反应，从而影响变压器油的质量，降低使用寿命。在检查中也发现都是裁切口发生了生锈现象，而铁芯上轭上表面正是硅钢片的裁切口集中叠装处。
综合上述现象和证据，得出了铁芯上轭生锈的主要原因为干燥煤油系统问题。在煤油总量一定的情况下，排出的废油量增大，导致实际用于干燥的煤油蒸汽量减少（热容量不够），此台器身在炉内加热过程中，绝缘件出水量较大，易在炉内上部形成水汽，且铁芯热容量较大，此时上轭温度较低，且其上表面为水平面，水汽易聚集到铁芯上表面，导致铁芯上轭上表面生锈。煤油蒸汽是从罐的底侧喷出，煤油蒸汽和热量首先被底部器身吸收。由于蒸汽量偏少，到达顶部的蒸汽热量不足，导致顶部铁芯被加热缓慢，温度偏低，在绝缘件水汽大量释放的情况下，水汽在温度较低的铁芯上轭表面凝结，导致其上表面生锈。而下部蒸汽量足够，使得铁芯下部温度较高，水分变成蒸汽，这就是下部的铁芯没有生锈而上轭上表面生锈的原因。
另外，在T1主变压器器身出炉后发现铁芯上表面生锈时，T2主变压器正在VP2 炉内干燥，加热阶段结束，处于高真空阶段，无法对煤油进行蒸馏，综合现象分析，推测此时T2铁芯上轭上表面已经生锈。
3整改措施
3.1对缺陷产品整改措施
结合上述原因分析，对于已经发生生锈的T1、T2铁芯，我们要求厂家做如下处理：一是对T1和T2铁芯外表面整体做全面防护，重点是已生锈的上轭上表面。首先用干净的专用白布在上轭上表面生锈位置均匀擦拭，并注意在擦拭过程中使用吸尘器同步吸尘，防止锈屑夹杂在硅钢片间隙，除锈完后立即用干净白布粘变压器油进行再次擦拭。二是要求厂家在铁芯装配前尽量缩短铁芯暴露在空气中的时间，减少发生氧化的可能性。另外要求生产厂家尽快制定T1、T2主变压器的后续生产安排和出厂试验，并对产品质量做出不影响使用寿命和运行的承诺。
3.2防范措施
（1）对待组装的硅钢片切实做好表面防护措施，尤其是剪切口的防护要到位，杜绝在干燥工序前即已生锈；
（2）对已组装好的铁芯要做好包覆等防护措施，尽量极少铁芯暴露于空气环境中的时间；
（3）对干燥用的煤油品质须进行成分分析，确保煤油品质符合工艺要求。
（4）按工艺要求控制各个阶段煤油的蒸汽量，尤其要控制好第一阶段的升温速度和第一阶段的加热时间，确保罐内蒸汽分布均匀。
（5）在干燥过程中，根据铁芯器身出水情况，适当增加煤油蒸馏次数，进一步净化储罐煤油。
（6）干燥前期降低罐壁的温度，控制绝缘件合理升温，从而控制前期出水速度，在铁芯合理升温以后，恢复罐壁加热能力。
另外要注意的是在整个干燥工艺中要确保干燥彻底，但又不能过度干燥致使绝缘材料中的结晶逸出，进而导致绝缘材料提前老化，机械强度降低。
在T3主变压器铁芯干燥时，以上措施落实后效果显著。
4结束语
铁质材料生锈本是一个司空见惯的现象，但如果是一台还没装配的大型主变压器的铁芯生锈而没有被发现，或者没有被处理，那将会是一个可怕的质量隐患乃至事故。这次的缺陷处理也告诉我们，铁芯之所以会生锈，至少能说明以下几个问题：一是干燥工艺耗材没有把好材料质量关；二是工艺没有严格遵照执行相关的标准和规程，大型主变压器的生产制造必须是一个严格执行质量标准、生产工艺流程的过程，任何有不按规矩办事的行为都将付出相应的代价。在设备全生命管理周期内，为了确保设备可靠运行，应加强设计、监造、交接、运行等全过程技术监督。同时也体现了业主代表监造在确保供应商保质按时交付产品的重要性。监造人员不但要熟悉掌握设备技术协议，还要掌握设备生产制造的关键工序工艺要求，在关键工序必须旁站监督，认真履行职责，为企业把好质量关。
参考文献:
［1］冯立伟 煤油气相干燥设备在变压器器身干燥中的应用.《电气制造》2008年第1期
［2］DL/T 363-2018《超、特高压电力变压器（电抗器）设备监造导则》
论文作者:钟伟强
论文发表刊物:《电力设备》2018年第30期
论文发表时间:2019/4/11
标签：铁芯论文; 煤油论文; 干燥论文; 变压器论文; 表面论文; 硅钢片论文; 蒸汽论文; 《电力设备》2018年第30期论文;