35kV級大容量有載調壓干式電力變壓器技術特點

35kV級大容量有載調壓干式電力變壓器技術特點發(fā)表日期：2004-4-159:01:00摘要：介紹了35kV級大容量樹脂絕緣有載調壓干式電力變壓器的主要技術性能參數(shù)，從運行安全可靠性和性能參數(shù)的合理性方面闡述了產品的主要特點及其設計制造方法。關鍵詞：干式變壓器；有載調壓；大容量；特點1概述隨著城市建設規(guī)模的擴大、高層建筑和地下設施的增多，人們對電力變壓器在防火、環(huán)保、占地和節(jié)能等方面的要求不斷提高。樹脂絕緣干式變壓器具有防火、難燃、不爆、不污染環(huán)境、體積小、無需集油池、無需專用消防設施、可深入負荷中心、安裝費用低、可勉維護等優(yōu)點，近十年來得到快速發(fā)展，已經成為我國城市電力系統(tǒng)必不可少的設備。而大容量有載調壓干式變壓器以其所供電源電壓可在帶負載下快速方便地調節(jié)、電壓穩(wěn)定等優(yōu)勢逐漸被供、用電單位看好。容量10000kVA及以上的三相35kV級大容量有載調壓干式電力變壓器，通常用于負荷等級要求較高的場所，且成對配置。它們由兩條相互獨立的35kV級電網供電，各自的二次側分別掛接總容量相近的配電變壓器，并用負荷隔離開關將二次側聯(lián)絡。平時，負荷隔離開關分閘，兩臺電力變壓器分開供電；當其中一臺因保養(yǎng)（如清掃灰塵）或檢修等原因需退出運行，其所帶重要負荷通過該負荷隔離開關的合閘接至另一臺。因此，保證這種產品的運行安全可靠和技術性能參數(shù)的先進合理是非常重要的。2主要的技術性能參數(shù)我廠生產的35kV級大容量有載調壓樹脂絕緣干式電力變壓器，具有損耗低、噪聲低、溫升低、局放低、短時超銘牌容量運行能力大、承受短路能力強等特點。表列出了我廠部分35kV級有載調壓干式電力變壓器的主要技術性能參數(shù)（企業(yè)標準）。此主題相關圖片如下:3產品主要性能特點3.1噪聲低、不污染環(huán)境與油浸式變壓器相比，干式變壓器的鐵心和線圈直接暴露在空氣中，由鐵心硅鋼片的磁致伸縮、鐵心接縫和疊片間的磁力、以及載流導體間的電磁作用力等因素產生的電磁噪聲通過空氣介質直接送入人耳。ZBK41005-89《6?220kV級變壓器聲級》規(guī)定了變壓器噪聲限值，10kV級干式變壓器要比10kV油浸式變壓器高出10dB（A）左右。噪聲已成為當今世界三大公害之一。噪聲是一種環(huán)境污染源，它危害人們的工作、學習和生活，已成為當今城網變壓器業(yè)主和用戶十分關注的一個重要性能指標。變壓器噪聲，通常指A計權聲壓級水平。噪聲與硅鋼片材質、鐵心結構尺寸、疊片方式、磁通密度和工藝水平等相關。鐵心尺寸決定鐵心重量，鐵心重量增加一倍，油浸式變壓器噪聲約增大4dB；干式變壓器約增大7dB。鐵心重量一般按容量比的3/4次方增加。按常規(guī)，變壓器噪聲隨變壓器容量增加而增大。因此，低噪聲成為大容量干式變壓器需要解決的技術關鍵之一。我廠大容量有載調壓干式變壓器的噪聲實測值比上表所列企業(yè)標準值低2?4dB（A）。降低噪聲的途徑如下：⑴鐵心勵磁時，硅鋼片磁路方向即產生2倍電源頻率的磁致伸縮，它是變壓器噪聲的主要根源。變壓器本體噪聲的大小直接取決于鐵心所用硅鋼片磁致伸縮的大小和硅鋼片的用量；不同材質的硅鋼片具有不同的磁致伸縮量；同一種材質的磁密不同，其磁致伸縮量也不盡相同。因此，選用磁致伸縮量小的優(yōu)質晶粒取向高導磁硅鋼片，根據(jù)磁致伸縮量與磁通密度的關系曲線合理選擇鐵心磁密，是獲取大型干式變壓器低噪聲的重要條件。⑵由于鐵心接縫的存在，磁力線通過接縫時垂直于硅鋼片壓延方向穿行，作用于接縫和疊片間的磁力引起的振動也是變壓器噪聲源之一。它與垂直穿行的磁通量、接縫交錯搭接面積、步進疊片的級數(shù)、以及每級疊片張數(shù)有關。通常，鐵心截面積與變壓器容量的1/2次方成正比。鐵心截面中通過的磁力線（磁通量）①等于磁通密度B與有效截面積S的乘積。接縫噪聲隨著變壓器容量的增加而增大。同時接縫噪聲也與制造工藝有關，因此，制造鐵心時采取適當工藝措施可以降低噪聲，如采用剪切定位精度高的全自動橫剪線，減小剪切長度公差和剪切毛刺量；鐵心在大翻轉臺上疊裝，并采用不插上鐵軛工藝，將接縫處的間隙控制在最小。另外，鐵心采用單片、多級步進階梯形疊積，同時采取提高工藝水平，將鋼片出角盡量放小等措施，對于降低鐵心接縫噪聲都能收到明顯的效果。⑶心柱緊固選用高強度鋼拉板、鋼帶綁扎，以確保鐵心在豎直狀態(tài)下的相對彎曲撓度＜0.15%；鐵心夾緊力控制在0.1MPa附近；鐵心表面涂敷黑色防護樹脂，也可有效減緩鐵心振動。⑷優(yōu)選鐵心最佳幾何尺寸，使本體自然振動頻率遠離電源基波及諧波產生的鐵磁振動頻率，以避免共振。3.2溫升低、超銘牌容量運行能力大F級薄絕緣樹脂澆注干式變壓器，按GB6450-86（等效采用IEC726）規(guī)定：絕緣系統(tǒng)溫度等級155°C、繞組溫升限值100K、繞組熱點溫度額定值145^、最高允許值190°C?？紤]到電網運行存在一些隨機因素，如電網中隨機存在的諧波電壓使變壓器空載損耗增加、變壓器所帶非線性負荷引起的諧波電流使變壓器的負載損耗增加，結果都使變壓器的溫升提高。從提高變壓器的安全可靠性出發(fā)，我廠對空氣自冷額定容量輸出以及強迫風冷超銘牌容量輸出時繞組熱點溫度的設計值均留有較大的裕度。用相互負載法進行溫升試驗來模擬變壓器運行時的真實發(fā)熱情況，以便獲得變壓器在自冷額定負荷運行和風冷超銘牌容量運行時的各自額定溫升值和發(fā)熱時間常數(shù)，從而繪制出較為精確的負載溫升曲線，以指導用戶正常運行。干式變壓器的正常運行壽命取決于繞組絕緣最熱點處溫度的變化。所謂的使用年限一般都是以繞組熱點“熱壽命”的到期而終結。為確保干式變壓器具有30年的正常設計壽命，需要對繞組熱點溫度進行監(jiān)測，并適時投切風冷裝置強迫風冷。繞組設置多組縱向瓦楞形氣道，可按需要增加繞組的散熱面積；不同直徑上的氣道交錯放置，保證繞組線匝基本上具有二個通風散熱面，使得繞組的熱點溫升比較接近平均溫升。安裝6只或12只低噪聲輻流式風機，產生的總風量可確保在超50%銘牌額定容量連續(xù)運行時的熱點溫度低于F級絕緣熱點溫度額定值。需要說明的是，用戶長時間超銘牌容量運行是很不經濟的。變壓器的電阻損耗與負載率的平方成正比，阻抗電壓增大、漏磁通增加、附加損耗增大，電能耗費過多；另外與變壓器相連接的高、低壓回路的線損、開關等電氣元器件的歐姆損耗也與負載率的平方成正比，同樣會加重這些電器的發(fā)熱。這樣給變壓器的二次保護增加了難度。二套溫控裝置并列使用。目前干式變壓器用溫度控制器有電子式和機械式二種，它們都能通過測溫傳感元件測取并顯示繞組和鐵心的溫度、并按照預先設定的溫度值送出“啟動風機”、“關閉風機”、“超溫報警”、“過溫跳閘”的開關信號。而且電子式溫控器還具有與遠方計算機接口、輸出信號供計算機對變壓器繞組運行溫度信息記錄、打印、處理和保存。電子式溫控器的測溫元件PT100尺寸較小、僅①3x10、電纜軟連接可以預埋在靠近繞組熱點的合適位置，從溫度采樣到模數(shù)轉換成實用信息快速及時，能夠準確地反映繞組熱點溫度。但是，電子式溫控器適應環(huán)境溫度差、容易遭受外界電磁干擾而產生誤報警，且額定連續(xù)工作壽命較短。機械式溫控器的測溫元件位于一根①10的剛性金屬管端部、有效測溫長度為20mm，難以預埋在靠近繞組熱點的合適位置，因此它難以準確及時地反映繞組熱點溫度，這是它的固有缺點。但是，機械式溫控器適應環(huán)境溫度性能好、不受外界電磁干擾，且額定連續(xù)工作壽命較長。我廠大型干式變壓器同時裝有電子式溫控器和機械式溫控器各一套。將機械式溫控器就近裝在變壓器上方，電子式溫控器裝在遠離變壓器的圍欄上或值班室內。二套溫控器可分別顯示被測試點溫度，而控制信號則并列“或”輸出。這樣做，可充分取用二套溫控器各自的長處以彌補對方的不足，確保變壓器繞組溫度處于精確可靠的控制狀態(tài)。3.3承受突發(fā)短路能力強、運行安全可靠我廠20000kVA/35kV級干式電力變壓器通過了國家變壓器質量監(jiān)督檢驗中心全部項目試驗（含突發(fā)短路試驗），并于1998年5月通過了原國家機械工業(yè)部和電力工業(yè)部的聯(lián)合鑒定。1999年一臺16000kVA/35kV級干式電力變壓器運行中曾發(fā)生低壓側短路故障，使得二次側輸電電纜嚴重過熱燒損，但變壓器完好無損。2000年一臺12500kVA/35kV級干式電力變壓器運行中也曾發(fā)生低壓側短路故障、也經受了機械和熱的沖擊，變壓器同樣安然無恙。其原因是在產品結構上采取了以下措施：⑴繞組導線絕緣采用多層玻璃絲、布包繞，端部絕緣、內外層絕緣、以及氣道兩側均以長玻璃纖維連續(xù)氈填充。玻璃絲、氈絕緣材料經過熱烘去濕、真空除氣、真空狀態(tài)下澆注樹脂，具有可同水比擬流動性能的樹脂能夠滲透到銅繞組周圍的全部絕緣空間。經過程序固化時效處理后的環(huán)氧樹脂線圈成為堅固的圓筒形剛體，可承受很高的軸、輻向機械或電動力的沖擊。⑵線圈定位牢固、動穩(wěn)定性好。上下墊塊與線圈端部墊有彈性模量適宜的硬質硅橡膠板、用以緩沖短路沖擊。⑶國外資料介紹，澆注變壓器的特點之一是線圈具有堅固的短路結構、熱承受力可保證2s的受本體短路阻抗限制的短路電流。由于我廠35kV級大容量干式電力變壓器電流密度取得較低、繞組的散熱面積充裕，因此其額定溫升值低、熱時間常數(shù)大，所以承受短路電流熱沖擊的能力較高。3.4損耗低、節(jié)能顯著我國最新干式變壓器性能參數(shù)標準GB/T10228-1997《干式電力變壓器技術性能參數(shù)和要求》是1998年5月1日正式實施的，其最大容量確定到10000kVA。從可查到的國外干式變壓器產品樣本中也無更大容量的性能參數(shù)資料。因此在確定大型干式變壓器性能參數(shù)時參考采用了變壓器行業(yè)傳統(tǒng)的“損耗與容量的0.75次方成正比”的推算法。考慮到繞組發(fā)熱時間常數(shù)與繞組電流密度的平方成反比，我們將大型干式變壓器負載損耗的標準值定得較低。表2是容量10000?20000kVA，35kV/10.5kV，Dyn11聯(lián)結或Yd11聯(lián)結的無勵磁調壓和有載調壓干式電力變壓器的9型性能參數(shù)推算值和工廠標準值。此主題相關圖片如下:注:表中按F級絕緣最高溫升限值計算負載損耗。根據(jù)我國傳統(tǒng)的電力變壓器年掛接電網運行空載、負載時間，無功折合當量系數(shù)可計算出我廠企業(yè)標準值和按公式推算變壓器運行一年自耗電能的差值。年節(jié)電耗能計算公式：W=H0（AP0+KSNAI0%）+Hk（APk+KSNAUk%）式中：W——年節(jié)電量，kW?h（列于表3）H0、Hk——年空載和負載運行小時數(shù)，其中H0=8600，Hk=2500AP0、APk——空載損耗和負載損耗降低量，kWAI0、AUk——空載電流和短路阻抗減小量（假定AUk=0）K——無功功率折合有功功率的當量系數(shù)，K=0.10SN——變壓器的額定容量（kVA）。此主題相關圖片如下：3.5絕緣水平高、局部放電量小絕緣水平是電力變壓器產品的重要技術指標，是產品安全可靠性的重點考核項目。國家標準GB6450-86《干式電力變壓器》規(guī)定了35kV及以下電壓等級干式電力變壓器的絕緣水平。表4列出了GB6450-86絕緣水平標準值和我廠企業(yè)標準值（含無勵磁調壓和有載調壓）。此主題相關圖片如下:表中“有載70/無勵磁可85”是因為目前35kV有載調壓開關承受額定短時工頻耐受電壓（方均根值）規(guī)定為70kV緣故。電力變壓器的絕緣分為主絕緣和繞組的縱絕緣。干式變壓器的絕緣試驗包括外施耐壓試驗（例行試驗）、雷電沖擊試驗（型式試驗X感應耐壓試驗（例行試驗）和局部放電測量（有載調壓變壓器還需進行開關切換試驗）。外施耐壓試驗重點考核主絕緣，感應耐壓試驗重點考核縱絕緣，雷電沖擊試驗二者都考核。而局部放電量的大小則是綜合反映產品有無設計上的缺陷（如電場過于集中）、原材料質量（如導線毛刺飛工藝水平（如焊接修銼尖角X線圈澆注質量（如真空脫氣不徹底）、以及絕緣老化程度等方面的質量情況。為確保產品具有高的絕緣水平，在產品結構和工藝上采取了以下措施：⑴導線絕緣采用多層玻璃絲外包玻璃纖維布。這種復合絕緣導線包繞緊湊，繞制過程中不會出現(xiàn)絕緣松散露銅，對樹脂的吸附和浸潤性能好。⑵繞組采用多層分段圓筒式結構，可以合理選取層間和段間的工作電壓，增大繞組縱向電容，改善沖擊電壓分布。⑶樹脂澆注采用薄膜脫氣靜態(tài)混合真空澆注設備，真空度可達到10Pa以下。⑷高低壓線圈間放置絕緣筒作為極間障，以提高空氣的抗電強度，在沖擊電壓作用下，可起到均勻電場的作用。4有載開關35kV級有載