35kV級大容量有載調(diào)壓干式電力變壓器技術(shù)特點(diǎn)

35kV級大容量有載調(diào)壓干式電力變壓器技術(shù)特點(diǎn)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(diào)壓干式電力變壓器的主要技術(shù)性能參數(shù)，從運(yùn)行安全可靠性和性能參數(shù)的合理性方面闡述了產(chǎn)品的主要特點(diǎn)及其設(shè)計(jì)制造方法。關(guān)鍵詞：干式變壓器；有載調(diào)壓；大容量；特點(diǎn)1概述隨著城市建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大、高層建筑和地下設(shè)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(shè)施、可深入負(fù)荷中心、安裝費(fèi)用低、可勉維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，近十年來得到快速發(fā)展，已經(jīng)成為我國城市電力系統(tǒng)必不可少的設(shè)備。而大容量有載調(diào)壓干式變壓器以其所供電源電壓可在帶負(fù)載下快速方便地調(diào)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(diào)壓干式電力變壓器，通常用于負(fù)荷等級要求較高的場所，且成對配置。它們由兩條相互獨(dú)立的35kV級電網(wǎng)供電，各自的二次側(cè)分別掛接總?cè)萘肯嘟呐潆娮儔浩?，并用?fù)荷隔離開關(guān)將二次側(cè)聯(lián)絡(luò)。平時(shí)，負(fù)荷隔離開關(guān)分閘，兩臺(tái)電力變壓器分開供電；當(dāng)其中一臺(tái)因保養(yǎng)（如清掃灰塵）或檢修等原因需退出運(yùn)行，其所帶重要負(fù)荷通過該負(fù)荷隔離開關(guān)的合閘接至另一臺(tái)。因此，保證這種產(chǎn)品的運(yùn)行安全可靠和技術(shù)性能參數(shù)的先進(jìn)合理是非常重要的。2主要的技術(shù)性能參數(shù)我廠生產(chǎn)的35kV級大容量有載調(diào)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(shí)超銘牌容量運(yùn)行能力大、承受短路能力強(qiáng)等特點(diǎn)。表列出了我廠部分35kV級有載調(diào)壓干式電力變壓器的主要技術(shù)性能參數(shù)（企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)）。此主題相關(guān)圖片如下:3產(chǎn)品主要性能特點(diǎn)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(dǎo)體間的電磁作用力等因素產(chǎn)生的電磁噪聲通過空氣介質(zhì)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(dāng)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(xué)習(xí)和生活，已成為當(dāng)今城網(wǎng)變壓器業(yè)主和用戶十分關(guān)注的一個(gè)重要性能指標(biāo)。變壓器噪聲，通常指A計(jì)權(quán)聲壓級水平。噪聲與硅鋼片材質(zhì)、鐵心結(jié)構(gòu)尺寸、疊片方式、磁通密度和工藝水平等相關(guān)。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(shù)關(guān)鍵之一。我廠大容量有載調(diào)壓干式變壓器的噪聲實(shí)測值比上表所列企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)值低2?4dB（A）。降低噪聲的途徑如下：⑴鐵心勵(lì)磁時(shí)，硅鋼片磁路方向即產(chǎn)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(zhì)的硅鋼片具有不同的磁致伸縮量；同一種材質(zhì)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(zhì)晶粒取向高導(dǎo)磁硅鋼片，根據(jù)磁致伸縮量與磁通密度的關(guān)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(shí)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(dòng)也是變壓器噪聲源之一。它與垂直穿行的磁通量、接縫交錯(cuò)搭接面積、步進(jìn)疊片的級數(shù)、以及每級疊片張數(shù)有關(guān)。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(shí)接縫噪聲也與制造工藝有關(guān)，因此，制造鐵心時(shí)采取適當(dāng)工藝措施可以降低噪聲，如采用剪切定位精度高的全自動(dòng)橫剪線，減小剪切長度公差和剪切毛刺量；鐵心在大翻轉(zhuǎn)臺(tái)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(jìn)階梯形疊積，同時(shí)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(qiáng)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(hù)樹脂，也可有效減緩鐵心振動(dòng)。⑷優(yōu)選鐵心最佳幾何尺寸，使本體自然振動(dòng)頻率遠(yuǎn)離電源基波及諧波產(chǎn)生的鐵磁振動(dòng)頻率，以避免共振。3.2溫升低、超銘牌容量運(yùn)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(diǎn)溫度額定值145^、最高允許值190°C?？紤]到電網(wǎng)運(yùn)行存在一些隨機(jī)因素，如電網(wǎng)中隨機(jī)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(fù)荷引起的諧波電流使變壓器的負(fù)載損耗增加，結(jié)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(qiáng)迫風(fēng)冷超銘牌容量輸出時(shí)繞組熱點(diǎn)溫度的設(shè)計(jì)值均留有較大的裕度。用相互負(fù)載法進(jìn)行溫升試驗(yàn)來模擬變壓器運(yùn)行時(shí)的真實(shí)發(fā)熱情況，以便獲得變壓器在自冷額定負(fù)荷運(yùn)行和風(fēng)冷超銘牌容量運(yùn)行時(shí)的各自額定溫升值和發(fā)熱時(shí)間常數(shù)，從而繪制出較為精確的負(fù)載溫升曲線，以指導(dǎo)用戶正常運(yùn)行。干式變壓器的正常運(yùn)行壽命取決于繞組絕緣最熱點(diǎn)處溫度的變化。所謂的使用年限一般都是以繞組熱點(diǎn)“熱壽命”的到期而終結(jié)。為確保干式變壓器具有30年的正常設(shè)計(jì)壽命，需要對繞組熱點(diǎn)溫度進(jìn)行監(jiān)測，并適時(shí)投切風(fēng)冷裝置強(qiáng)迫風(fēng)冷。繞組設(shè)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(cuò)放置，保證繞組線匝基本上具有二個(gè)通風(fēng)散熱面，使得繞組的熱點(diǎn)溫升比較接近平均溫升。安裝6只或12只低噪聲輻流式風(fēng)機(jī)，產(chǎn)生的總風(fēng)量可確保在超50%銘牌額定容量連續(xù)運(yùn)行時(shí)的熱點(diǎn)溫度低于F級絕緣熱點(diǎn)溫度額定值。需要說明的是，用戶長時(shí)間超銘牌容量運(yùn)行是很不經(jīng)濟(jì)的。變壓器的電阻損耗與負(fù)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(fèi)過多；另外與變壓器相連接的高、低壓回路的線損、開關(guān)等電氣元器件的歐姆損耗也與負(fù)載率的平方成正比，同樣會(huì)加重這些電器的發(fā)熱。這樣給變壓器的二次保護(hù)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(jī)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(yù)先設(shè)定的溫度值送出“啟動(dòng)風(fēng)機(jī)”、“關(guān)閉風(fēng)機(jī)”、“超溫報(bào)警”、“過溫跳閘”的開關(guān)信號(hào)。而且電子式溫控器還具有與遠(yuǎn)方計(jì)算機(jī)接口、輸出信號(hào)供計(jì)算機(jī)對變壓器繞組運(yùn)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(yù)埋在靠近繞組熱點(diǎn)的合適位置，從溫度采樣到模數(shù)轉(zhuǎn)換成實(shí)用信息快速及時(shí)，能夠準(zhǔn)確地反映繞組熱點(diǎn)溫度。但是，電子式溫控器適應(yīng)環(huán)境溫度差、容易遭受外界電磁干擾而產(chǎn)生誤報(bào)警，且額定連續(xù)工作壽命較短。機(jī)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(yù)埋在靠近繞組熱點(diǎn)的合適位置，因此它難以準(zhǔn)確及時(shí)地反映繞組熱點(diǎn)溫度，這是它的固有缺點(diǎn)。但是，機(jī)械式溫控器適應(yīng)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(shí)裝有電子式溫控器和機(jī)械式溫控器各一套。將機(jī)械式溫控器就近裝在變壓器上方，電子式溫控器裝在遠(yuǎn)離變壓器的圍欄上或值班室內(nèi)。二套溫控器可分別顯示被測試點(diǎn)溫度，而控制信號(hào)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(bǔ)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(qiáng)、運(yùn)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(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心全部項(xiàng)目試驗(yàn)（含突發(fā)短路試驗(yàn)），并于1998年5月通過了原國家機(jī)械工業(yè)部和電力工業(yè)部的聯(lián)合鑒定。1999年一臺(tái)16000kVA/35kV級干式電力變壓器運(yùn)行中曾發(fā)生低壓側(cè)短路故障，使得二次側(cè)輸電電纜嚴(yán)重過熱燒損，但變壓器完好無損。2000年一臺(tái)12500kVA/35kV級干式電力變壓器運(yùn)行中也曾發(fā)生低壓側(cè)短路故障、也經(jīng)受了機(jī)械和熱的沖擊，變壓器同樣安然無恙。其原因是在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)上采取了以下措施：⑴繞組導(dǎo)線絕緣采用多層玻璃絲、布包繞，端部絕緣、內(nèi)外層絕緣、以及氣道兩側(cè)均以長玻璃纖維連續(xù)氈填充。玻璃絲、氈絕緣材料經(jīng)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(dòng)性能的樹脂能夠滲透到銅繞組周圍的全部絕緣空間。經(jīng)過程序固化時(shí)效處理后的環(huán)氧樹脂線圈成為堅(jiān)固的圓筒形剛體，可承受很高的軸、輻向機(jī)械或電動(dòng)力的沖擊。⑵線圈定位牢固、動(dòng)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(zhì)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(diǎn)之一是線圈具有堅(jiān)固的短路結(jié)構(gòu)、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(shí)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(biāo)準(zhǔn)GB/T10228-1997《干式電力變壓器技術(shù)性能參數(shù)和要求》是1998年5月1日正式實(shí)施的，其最大容量確定到10000kVA。從可查到的國外干式變壓器產(chǎn)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(shí)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?？紤]到繞組發(fā)熱時(shí)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(fù)載損耗的標(biāo)準(zhǔn)值定得較低。表2是容量10000?20000kVA，35kV/10.5kV，Dyn11聯(lián)結(jié)或Yd11聯(lián)結(jié)的無勵(lì)磁調(diào)壓和有載調(diào)壓干式電力變壓器的9型性能參數(shù)推算值和工廠標(biāo)準(zhǔn)值。此主題相關(guān)圖片如下:注:表中按F級絕緣最高溫升限值計(jì)算負(fù)載損耗。根據(jù)我國傳統(tǒng)的電力變壓器年掛接電網(wǎng)運(yùn)行空載、負(fù)載時(shí)間，無功折合當(dāng)量系數(shù)可計(jì)算出我廠企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)值和按公式推算變壓器運(yùn)行一年自耗電能的差值。年節(jié)電耗能計(jì)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(fù)載運(yùn)行小時(shí)數(shù)，其中H0=8600，Hk=2500AP0、APk——空載損耗和負(fù)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(dāng)量系數(shù)，K=0.10SN——變壓器的額定容量（kVA）。此主題相關(guān)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(chǎn)品的重要技術(shù)指標(biāo)，是產(chǎn)品安全可靠性的重點(diǎn)考核項(xiàng)目。國家標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)值和我廠企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)值（含無勵(lì)磁調(diào)壓和有載調(diào)壓）。此主題相關(guān)圖片如下:表中“有載70/無勵(lì)磁可85”是因?yàn)槟壳?5kV有載調(diào)壓開關(guān)承受額定短時(shí)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(yàn)包括外施耐壓試驗(yàn)（例行試驗(yàn)）、雷電沖擊試驗(yàn)（型式試驗(yàn)X感應(yīng)耐壓試驗(yàn)（例行試驗(yàn)）和局部放電測量（有載調(diào)壓變壓器還需進(jìn)行開關(guān)切換試驗(yàn)）。外施耐壓試驗(yàn)重點(diǎn)考核主絕緣，感應(yīng)耐壓試驗(yàn)重點(diǎn)考核縱絕緣，雷電沖擊試驗(yàn)二者都考核。而局部放電量的大小則是綜合反映產(chǎn)品有無設(shè)計(jì)上的缺陷（如電場過于集中）、原材料質(zhì)量（如導(dǎo)線毛刺飛工藝水平（如焊接修銼尖角X線圈澆注質(zhì)量（如真空脫氣不徹底）、以及絕緣老化程度等方面的質(zhì)量情況。為確保產(chǎn)品具有高的絕緣水平，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝上采取了以下措施：⑴導(dǎo)線絕緣采用多層玻璃絲外包玻璃纖維布。這種復(fù)合絕緣導(dǎo)線包繞緊湊，繞制過程中不會(huì)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(jié)構(gòu)，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(shè)備，真空度可達(dá)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(qiáng)度，在沖擊電壓作用下，可起到均勻電場的作用。4有載開關(guān)35kV級有載