35kV级大容量有载调压干式电力变压器技术特点

35kV级大容量有载调压干式电力变压器技术特点发表日期：2004-4-159:01:00摘要：介绍了35kV级大容量树脂绝缘有载调压干式电力变压器的主要技术性能参数，从运行安全可靠性和性能参数的合理性方面阐述了产品的主要特点及其设计制造方法。关键词：干式变压器；有载调压；大容量；特点1概述随着城市建设规模的扩大、高层建筑和地下设施的增多，人们对电力变压器在防火、环保、占地和节能等方面的要求不断提高。树脂绝缘干式变压器具有防火、难燃、不爆、不污染环境、体积小、无需集油池、无需专用消防设施、可深入负荷中心、安装费用低、可勉维护等优点，近十年来得到快速发展，已经成为我国城市电力系统必不可少的设备。而大容量有载调压干式变压器以其所供电源电压可在带负载下快速方便地调节、电压稳定等优势逐渐被供、用电单位看好。容量10000kVA及以上的三相35kV级大容量有载调压干式电力变压器，通常用于负荷等级要求较高的场所，且成对配置。它们由两条相互独立的35kV级电网供电，各自的二次侧分别挂接总容量相近的配电变压器，并用负荷隔离开关将二次侧联络。平时，负荷隔离开关分闸，两台电力变压器分开供电；当其中一台因保养（如清扫灰尘）或检修等原因需退出运行，其所带重要负荷通过该负荷隔离开关的合闸接至另一台。因此，保证这种产品的运行安全可靠和技术性能参数的先进合理是非常重要的。2主要的技术性能参数我厂生产的35kV级大容量有载调压树脂绝缘干式电力变压器，具有损耗低、噪声低、温升低、局放低、短时超铭牌容量运行能力大、承受短路能力强等特点。表列出了我厂部分35kV级有载调压干式电力变压器的主要技术性能参数（企业标准）。此主题相关图片如下:3产品主要性能特点3.1噪声低、不污染环境与油浸式变压器相比，干式变压器的铁心和线圈直接暴露在空气中，由铁心硅钢片的磁致伸缩、铁心接缝和叠片间的磁力、以及载流导体间的电磁作用力等因素产生的电磁噪声通过空气介质直接送入人耳。ZBK41005-89《6〜220kV级变压器声级》规定了变压器噪声限值，10kV级干式变压器要比10kV油浸式变压器高出10dB（A）左右。噪声已成为当今世界三大公害之一。噪声是一种环境污染源，它危害人们的工作、学习和生活，已成为当今城网变压器业主和用户十分关注的一个重要性能指标。变压器噪声，通常指A计权声压级水平。噪声与硅钢片材质、铁心结构尺寸、叠片方式、磁通密度和工艺水平等相关。铁心尺寸决定铁心重量，铁心重量增加一倍，油浸式变压器噪声约增大4dB；干式变压器约增大7dB。铁心重量一般按容量比的3/4次方增加。按常规，变压器噪声随变压器容量增加而增大。因此，低噪声成为大容量干式变压器需要解决的技术关键之一。我厂大容量有载调压干式变压器的噪声实测值比上表所列企业标准值低2〜4dB（A）。降低噪声的途径如下：⑴铁心励磁时，硅钢片磁路方向即产生2倍电源频率的磁致伸缩，它是变压器噪声的主要根源。变压器本体噪声的大小直接取决于铁心所用硅钢片磁致伸缩的大小和硅钢片的用量；不同材质的硅钢片具有不同的磁致伸缩量；同一种材质的磁密不同，其磁致伸缩量也不尽相同。因此，选用磁致伸缩量小的优质晶粒取向高导磁硅钢片，根据磁致伸缩量与磁通密度的关系曲线合理选择铁心磁密，是获取大型干式变压器低噪声的重要条件。⑵由于铁心接缝的存在，磁力线通过接缝时垂直于硅钢片压延方向穿行，作用于接缝和叠片间的磁力引起的振动也是变压器噪声源之一。它与垂直穿行的磁通量、接缝交错搭接面积、步进叠片的级数、以及每级叠片张数有关。通常，铁心截面积与变压器容量的1/2次方成正比。铁心截面中通过的磁力线（磁通量）①等于磁通密度B与有效截面积S的乘积。接缝噪声随着变压器容量的增加而增大。同时接缝噪声也与制造工艺有关，因此，制造铁心时采取适当工艺措施可以降低噪声，如采用剪切定位精度高的全自动横剪线，减小剪切长度公差和剪切毛刺量；铁心在大翻转台上叠装，并采用不插上铁轭工艺，将接缝处的间隙控制在最小。另外，铁心采用单片、多级步进阶梯形叠积，同时采取提高工艺水平，将钢片出角尽量放小等措施，对于降低铁心接缝噪声都能收到明显的效果。⑶心柱紧固选用高强度钢拉板、钢带绑扎，以确保铁心在竖直状态下的相对弯曲挠度＜0.15%；铁心夹紧力控制在0.1MPa附近；铁心表面涂敷黑色防护树脂，也可有效减缓铁心振动。⑷优选铁心最佳几何尺寸，使本体自然振动频率远离电源基波及谐波产生的铁磁振动频率，以避免共振。3.2温升低、超铭牌容量运行能力大F级薄绝缘树脂浇注干式变压器，按GB6450-86（等效采用IEC726）规定：绝缘系统温度等级155°C、绕组温升限值100K、绕组热点温度额定值145^、最高允许值190°C。考虑到电网运行存在一些随机因素，如电网中随机存在的谐波电压使变压器空载损耗增加、变压器所带非线性负荷引起的谐波电流使变压器的负载损耗增加，结果都使变压器的温升提高。从提高变压器的安全可靠性出发，我厂对空气自冷额定容量输出以及强迫风冷超铭牌容量输出时绕组热点温度的设计值均留有较大的裕度。用相互负载法进行温升试验来模拟变压器运行时的真实发热情况，以便获得变压器在自冷额定负荷运行和风冷超铭牌容量运行时的各自额定温升值和发热时间常数，从而绘制出较为精确的负载温升曲线，以指导用户正常运行。干式变压器的正常运行寿命取决于绕组绝缘最热点处温度的变化。所谓的使用年限一般都是以绕组热点“热寿命”的到期而终结。为确保干式变压器具有30年的正常设计寿命，需要对绕组热点温度进行监测，并适时投切风冷装置强迫风冷。绕组设置多组纵向瓦楞形气道，可按需要增加绕组的散热面积；不同直径上的气道交错放置，保证绕组线匝基本上具有二个通风散热面，使得绕组的热点温升比较接近平均温升。安装6只或12只低噪声辐流式风机，产生的总风量可确保在超50%铭牌额定容量连续运行时的热点温度低于F级绝缘热点温度额定值。需要说明的是，用户长时间超铭牌容量运行是很不经济的。变压器的电阻损耗与负载率的平方成正比，阻抗电压增大、漏磁通增加、附加损耗增大，电能耗费过多；另外与变压器相连接的高、低压回路的线损、开关等电气元器件的欧姆损耗也与负载率的平方成正比，同样会加重这些电器的发热。这样给变压器的二次保护增加了难度。二套温控装置并列使用。目前干式变压器用温度控制器有电子式和机械式二种，它们都能通过测温传感元件测取并显示绕组和铁心的温度、并按照预先设定的温度值送出“启动风机”、“关闭风机”、“超温报警”、“过温跳闸”的开关信号。而且电子式温控器还具有与远方计算机接口、输出信号供计算机对变压器绕组运行温度信息记录、打印、处理和保存。电子式温控器的测温元件PT100尺寸较小、仅①3x10、电缆软连接可以预埋在靠近绕组热点的合适位置，从温度采样到模数转换成实用信息快速及时，能够准确地反映绕组热点温度。但是，电子式温控器适应环境温度差、容易遭受外界电磁干扰而产生误报警，且额定连续工作寿命较短。机械式温控器的测温元件位于一根①10的刚性金属管端部、有效测温长度为20mm，难以预埋在靠近绕组热点的合适位置，因此它难以准确及时地反映绕组热点温度，这是它的固有缺点。但是，机械式温控器适应环境温度性能好、不受外界电磁干扰，且额定连续工作寿命较长。我厂大型干式变压器同时装有电子式温控器和机械式温控器各一套。将机械式温控器就近装在变压器上方，电子式温控器装在远离变压器的围栏上或值班室内。二套温控器可分别显示被测试点温度，而控制信号则并列“或”输出。这样做，可充分取用二套温控器各自的长处以弥补对方的不足，确保变压器绕组温度处于精确可靠的控制状态。3.3承受突发短路能力强、运行安全可靠我厂20000kVA/35kV级干式电力变压器通过了国家变压器质量监督检验中心全部项目试验（含突发短路试验），并于1998年5月通过了原国家机械工业部和电力工业部的联合鉴定。1999年一台16000kVA/35kV级干式电力变压器运行中曾发生低压侧短路故障，使得二次侧输电电缆严重过热烧损，但变压器完好无损。2000年一台12500kVA/35kV级干式电力变压器运行中也曾发生低压侧短路故障、也经受了机械和热的冲击，变压器同样安然无恙。其原因是在产品结构上采取了以下措施：⑴绕组导线绝缘采用多层玻璃丝、布包绕，端部绝缘、内外层绝缘、以及气道两侧均以长玻璃纤维连续毡填充。玻璃丝、毡绝缘材料经过热烘去湿、真空除气、真空状态下浇注树脂，具有可同水比拟流动性能的树脂能够渗透到铜绕组周围的全部绝缘空间。经过程序固化时效处理后的环氧树脂线圈成为坚固的圆筒形刚体，可承受很高的轴、辐向机械或电动力的冲击。⑵线圈定位牢固、动稳定性好。上下垫块与线圈端部垫有弹性模量适宜的硬质硅橡胶板、用以缓冲短路冲击。⑶国外资料介绍，浇注变压器的特点之一是线圈具有坚固的短路结构、热承受力可保证2s的受本体短路阻抗限制的短路电流。由于我厂35kV级大容量干式电力变压器电流密度取得较低、绕组的散热面积充裕，因此其额定温升值低、热时间常数大，所以承受短路电流热冲击的能力较高。3.4损耗低、节能显著我国最新干式变压器性能参数标准GB/T10228-1997《干式电力变压器技术性能参数和要求》是1998年5月1日正式实施的，其最大容量确定到10000kVA。从可查到的国外干式变压器产品样本中也无更大容量的性能参数资料。因此在确定大型干式变压器性能参数时参考采用了变压器行业传统的“损耗与容量的0.75次方成正比”的推算法。考虑到绕组发热时间常数与绕组电流密度的平方成反比，我们将大型干式变压器负载损耗的标准值定得较低。表2是容量10000〜20000kVA，35kV/10.5kV，Dyn11联结或Yd11联结的无励磁调压和有载调压干式电力变压器的9型性能参数推算值和工厂标准值。此主题相关图片如下:注:表中按F级绝缘最高温升限值计算负载损耗。根据我国传统的电力变压器年挂接电网运行空载、负载时间，无功折合当量系数可计算出我厂企业标准值和按公式推算变压器运行一年自耗电能的差值。年节电耗能计算公式：W=H0（AP0+KSNAI0%）+Hk（APk+KSNAUk%）式中：W——年节电量，kW・h（列于表3）H0、Hk——年空载和负载运行小时数，其中H0=8600，Hk=2500AP0、APk——空载损耗和负载损耗降低量，kWAI0、AUk——空载电流和短路阻抗减小量（假定AUk=0）K——无功功率折合有功功率的当量系数，K=0.10SN——变压器的额定容量（kVA）。此主题相关图片如下：3.5绝缘水平高、局部放电量小绝缘水平是电力变压器产品的重要技术指标，是产品安全可靠性的重点考核项目。国家标准GB6450-86《干式电力变压器》规定了35kV及以下电压等级干式电力变压器的绝缘水平。表4列出了GB6450-86绝缘水平标准值和我厂企业标准值（含无励磁调压和有载调压）。此主题相关图片如下:表中“有载70/无励磁可85”是因为目前35kV有载调压开关承受额定短时工频耐受电压（方均根值）规定为70kV缘故。电力变压器的绝缘分为主绝缘和绕组的纵绝缘。干式变压器的绝缘试验包括外施耐压试验（例行试验）、雷电冲击试验（型式试验X感应耐压试验（例行试验）和局部放电测量（有载调压变压器还需进行开关切换试验）。外施耐压试验重点考核主绝缘，感应耐压试验重点考核纵绝缘，雷电冲击试验二者都考核。而局部放电量的大小则是综合反映产品有无设计上的缺陷（如电场过于集中）、原材料质量（如导线毛刺飞工艺水平（如焊接修锉尖角X线圈浇注质量（如真空脱气不彻底）、以及绝缘老化程度等方面的质量情况。为确保产品具有高的绝缘水平，在产品结构和工艺上采取了以下措施：⑴导线绝缘采用多层玻璃丝外包玻璃纤维布。这种复合绝缘导线包绕紧凑，绕制过程中不会出现绝缘松散露铜，对树脂的吸附和浸润性能好。⑵绕组采用多层分段圆筒式结构，可以合理选取层间和段间的工作电压，增大绕组纵向电容，改善冲击电压分布。⑶树脂浇注采用薄膜脱气静态混合真空浇注设备，真空度可达到10Pa以下。⑷高低压线圈间放置绝缘筒作为极间障，以提高空气的抗电强度，在冲击电压作用下，可起到均匀电场的作用。4有载开关35kV级有载