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凤城干式变压器的发展及工程应用

时间:2017-03-31 16:04:36 点击:
 随着我国经济建设的迅速发展,人民生活水平的不断提高,城乡用电负荷不断增加,无油、防火、寿命长、节能低噪、维护简单、安全可靠的干式变压器得以越来越广泛的应用。本文仅就干式变压器在我国的发展概况做粗线条的描述,重点放在节能型干式配电变压器工程应用选型中相关问题的系统介绍。 

1 发展概况 

据有关资料统计,近20年来干式变压器得到了迅猛发展,特别是在配电变压器中,干式变压器所占比例越来越大,发达国家已占50%以上;我国起步晚,近年大中城市中约占30%~40%,象北京、上海、广州、深圳等城市已达60%以上。 

1.1 产量递增 

在我国,80年代逐步使用干式变压器,80年代末各地纷纷从国外引进技术和设备,并以此作为基础,不断开拓、创新,使我国干式变压器制造水平上了新的台阶。从90年代开始,其产销量逐年迅猛递增,据行业有关资料分析统计,全国(除港、澳、台外)干式变压器每年以高达20%以上的增长率递增:1989年约700MVA,1991年就超过了1000MVA;1995年约6200MVA,1997年约8800MVA,2000年约10000MVA。 

从上列数据可见,中国已经成为世界上干式变压器产销量最大的国家之一。随着我国城乡中、低压配电网建设和改造的步伐加快,干式变压器面临着新的发展机遇,预计近几年其产销量会有新的飞跃。 

1.2 技术现状 

1.2.1 电压水平 

目前大批量生产主要集中于10kV电压等级,各发电厂站多为6kV电压。15~20kV产品也常有订货。目前国际上树脂绝缘干式变压器最高电压为35kV,我国几家大厂以生产近百万千伏安35kV产品在各地投往运行。试制的110kV树脂绝缘干式变压器样机已经问世。 

1.2.2 容量 

(1)配电变压器:10/0.4kV以及20/0.4kV、35/0.4kV的配电变压器容量30~2500kVA,受低压PC屏进线开关遮断容量的限制,目前尚未见超过2500kVA这一容量的; 

(2)电力变压器:10、20、35kV的电力变压器可生产容量达20000kVA。1996年我国制造出容量达16000/24000kVA(AN/AF)、35kV亚洲第一台容量最大、电压最高的干式变压器,标志着我国在大容量变压器制造技术上已处于世界先进水平。 

1.2.3 损耗和噪音 

我国干式变压器制造技术的研究、创新,主要集中在性能参数的优化等方面,特别是在变压器的损耗及声级水平这些世界性课题的研究上,我国已经取得了诸多可喜的成绩,使得我国干式变压器的损耗(特别是空载损耗)及噪音大幅度下降。据有关资料统计,SC(B)9系列干式变压器比引进技术的SC系列之总损耗水平下降达15%~20%,新的10系列总损耗比现行国标下降约19%,其中空载损耗下降达33%。通过对噪音的系统研究,我国进一步掌握了噪音产生的机理,并将其成果落实在新系列SC(B)9及SC(B)10系列产品上,目前SC(B)9系列产品比原SC系列噪音下降15%~20%,新的10系列噪音低于国标14~23dB,2500kVA容量的配电变压器,噪音一般可控制在50dB以内;35kV特大容量(如10000、16000kVA)干式变压器通常可控制在55dB左右。综上所述,SC(B)9及SC(B)10系列干式变压器的节能降噪等技术性能参数已达到世界先进水平。 

1.2.4 有载调压 

我国对10kV干式配电变压器的有载调压,最大容量达2500kVA,使用台数最多的为云南玉溪烟厂。 

对35kV干式电力变压器的有载调压容量达16000kVA,其最大客户是上海大众汽车公司(3台16000kVA有载调压变压器)。 

1.2.5 整流、牵引变压器 

(1)整流励磁变压器。发电厂的励磁变压器,逐步用干式变压器所取代。高低压绕组电压等级一般为20kV/1kV,通常采用单相结构、高压封闭母线进线。为长江三峡工程研制的世界上最大的840MW发电机组励磁变压器,单相容量为3000kVA的三台(构成一组)。 

(2)冶金电炉变压器。特别是低压大电流,如为江西贵冶制造的3500kVA干式变压器,低压相电流超过20000A。 

(3)牵引变压器。适用于城市地铁及轨道交通的干式牵引变压器,随城市轨道交通的发展而得以大量应用。电压有10、20、35kV三个等级;从12脉波整流发展到24脉波,减少了谐波污染;容量有800、2500、3300、4000kVA等。 

1.3 未来展望 

随着干式变压器的推广应用,其生产制造技术也获得长足发展。可以预测,未来的干式变压器将在如下几方面获得进一步发展: 

(1)节能低噪:新的低耗硅钢片(阶梯五步迭铁心接缝)环境保护要求,噪声研究的深入,计算机优化设计等新材料、新工艺、新技术的引入,将使未来的干式变压器更加节能,更加宁静。 

(2)高可靠性:提高产品质量和可靠性,将是人们的不懈追求。在完成引进技术的消化吸收之后,在电磁场计算、波过程、浇注工艺、热点温升、局放机理、质保体系、可靠性工程等方面进行大量的基础研究、积极进行可靠性认证,进一步提高干式变压器的可靠性。 

(3)环保特性认证:以欧洲标准HD464为基础,开展干式变压器的耐气候(C0、C1、C2)、耐环境(E0、E1、E2)、耐火(F0、F1、F2)特性的研究与认证。 

(4)大容量:从50~2500kVA配电变压器为主的干式变压器,向10000~20000kVA/35kV电力变压器拓展,随着城市用电负荷不断增加,城网区域变电所越来越深入城市中心区、居民小区、大型厂矿等负荷中心,35kV大容量的小区中心供电电力变压器将获广泛应用。 

(5)多功能组合及智能化:从单一变压器向带有风冷、保护外壳、温度计算机接口、零序互感器、功率计量、封闭母线、侧出线等多功能组合式变压器发展;引入FTU智能化接口,具有数据处理、状态控制、状态显示等功能,从而使变压器成为一种多功能、智能化、随时处于最佳运行状态的节能电气设备。 

(6)多领域发展:从以配电变压器为主,向发电站厂用变压器、励磁变压器、地铁牵引整流变压器、大电流电炉变压器、核电站、船用及采油平台用等特种变压器及多用途领域发展。 

2 干式变压器特征 

干式变压器具有下列特征: 

(1)无油、无污染、难然阻燃、自熄防火。 

(2)绝缘温升等级高:F级绝缘,变压器温升可达100K。SC(B)10系列温升下降了17K,进一步提高了变压器的过载能力和使用寿命。 

(3)损耗低、效率高:SC(B)10系列总损耗比现行新国标(GB/T10228)平均降低19%。如1000kVA,Po=1550W。 

(4)噪声小:新系列配电变压器通常可控制在50dB以下。 

(5)局部放电量小(通常在10PC以下),可靠性高,可保证长期安全运行,寿命可达30年。 

(6)抗裂、抗温度变化,机械强度高,抗突发短路能力强。 

(7)防潮性能好,可在100%湿度下正常运行,停运后不需干燥处理即可投入运行。 

(8)体积小、重量轻,据有关人士统计,油变的外形尺寸为干变的2倍多。 

(9)不需单独的变压器室,不需吊芯检修及承重梁,节约土建占地和占空;因无油,不会产生有毒气体,不会对环境造成污染,不要集油坑等附属建筑,减少了土建造价。 

(10)安装便捷,无须调试,几乎不需维护;无须更换和检查油料,运行维护成本低。 

(11)配备有完善的温度保护控制系统,为变压器安全运行提供可靠保障。 

(12)从低噪、节能、防火、节省土建造价、运行维护管理费以及长达30年的寿命等综合技术经济性能比较,干式变压器显现出其明显的优越性。 

3 干式变压器的工程应用选型 

3.1 干式变压器的冷却方式 

干式变压器的冷却方式分为自然空气冷却(AN)和强迫空气冷却(AF)。自然空冷时,正常使用条件下,变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷时,正常使用条件下,变压器输出容量可提高50%,适用于断续过负荷运行或应急事故过负荷运行;由于过负荷时负载损耗和阻抗电压增幅较大,处于非经济运行状态,故不应使其处于长时间连续过负荷运行。 

对自然空冷和强迫风冷的变压器,均需保证变压器室具有良好的通风能力。当变压器安装在地下室或通风能力较差环境时,须增设散热通风装置,通风量可按每1kW损耗(Po+Pk)需2~4m3/min风量选取。 

新型的帘式风机风冷系统噪音降低,冷却均匀,效果好;体积小,占用空间小,不超出变压器本体外形轮廓尺寸;风机容量小、2500kVA以下的配电变压器风机只180W~540W,且采用单相AC220V电源。但需注意此电源应从低压MCC或PC配电屏内之断路器引取,而不能直接从变压器低压出线母排接取。 

3.2 干式变压器的过载能力 

干式变压器的过载能力与环境温度、过载前的负载情况(起始负载)、变压器的绝缘散热情况、发热时间常数等有关。若有需要,可向生产厂索取干式变压器的过负荷曲线。 

如何利用其过载能力呢?提出两点供设计人员参考: 

(1)选择、计算变压器容量时可适当减小:充分考虑某些轧钢、焊接等设备短时冲击过负荷的可能性——尽量利用干式变压器的较强过载能力而减小变压器容量;对某些不均匀负荷的场所,如供夜间照明等为主的居民区、文化娱乐设施,以供空调和白天照明为主的商场等,可充分利用其过载能力,使其主运行时间处于满载或短时过载,这样就可以在计算、选配容量时,适当减小变压器容量。 

(2)可减少备用容量或台数:在某些场所,对变压器的备用系数要求较高,使得工程选配的变压器容量大、台数多。而利用干式变压器的过载能力,在考虑其备用容量时可予以压缩;在确定备用台数时亦可减少。例如,设计计算容量Sjs30=1400kVA时,可选配2台(而不选配3台)1000kVA干式变压器。当其中1台故障须退出运行时,另1台可以应急承担整个负荷;若负荷重,温度超过110℃时,强迫风冷系统将自动投入,可使其过载能力提高到1.4~1.5倍。变压器处于过载运行时,一定要注意监测其运行温度:若温度上升达155℃(有报警发出)即应采取减载(减去某些次要负荷)措施,以确保对主要负荷的安全供电;而当处理好故障,应迅即投入停运的变压器,恢复系统正常运行。 

3.3 干式变压器的防护方式 

根据使用环境特征及防护要求,干式变压器可选择不同的外壳。通常选用IP20防护外壳,可防止直径大于12mm的固体异物进入,为带电部分提供安全屏障。可防止小动物(鼠、蛇、猫、雀等)进入,造成短路停电等恶性故障。若须将变压器安装在户外,则可选用IP23防护外壳,除上述IP20防护功能外,更可防止与垂直线成60°角以内的水滴入。但IP23外壳会使变压器冷却能力下降,选用时要注意其运行容量的降低:容量较小的下降约5%,容量较大的下降约10%。 

工厂通常提供的是铝合金外壳、美观耐用,生产厂都可根据客户的实际需要提供各种防护等级、各类材质(如铝合金、钢板等)的防护外壳。 

若变压器不带外壳,通常可以IP00防护表示。 

4 节能型干式变压器的节电潜力 

对配电变压器而言,环氧树脂干式变压器具备安全可靠性高、无污染、低噪音、免维护等优越性,但这种变压器损耗较高。近年来推出节能低噪型SC(B)9系列干式变压器,其节电效果显著。 

下面以节能低噪型SC(B)9系列干式变压器代替S7型油浸变压器,计算其节电效果,额定容量分别为400kVA、500kVA、630kVA,负载系数分别为β=0.5,0.75,1。 

SC(B)9型和S7型变压器的技术参数见表1。 

首先根据下列计算式分别计算出S7型与SC(B)9型变压器的空载励磁功率Qo、额定负载的漏磁功率Qk、空载综合功率损耗PoZ,额定负载综合功率损耗PkZ。计算综合功率损耗PoZ和PkZ时,分别取无功经济当量KQ=0.1,有功经济当量KP=0.2。并把其计算结果列入表2中。 

Qo=Io%SN×10-2  Qk=Uk%SN×10-2 

PoZ=Po+KQQo+KPPo PkZ=Pk+KQQk+KPPk 

根据参考文献1中的相关计算式,可分别求出当β=1,β=0.75,β=0.5三种工况负载条件下,SC(B)9型比S7型变压器的有功功率节约ΔΔP,无功功率节约ΔΔQ,综合功率节约ΔΔPZ,有功节电率ΔΔP%,无功节电率ΔΔQ%,综合节电率ΔΔPZ%。全年有功节电量ΔΔAP,无功节电量ΔΔAQ,综合节电量ΔΔAZ。其计算结果见表3所列。 

由计算结果得知,选用节能低噪型SC(B)9干式变压器比选用S7型油浸式变压器全年综合节电量为8497~36527kW·h,节电率为24.3%~28.2%。 

综上所述,在老旧变压器更新时和设计中新型变压器选型时,如能选用节能低噪型SC(B)9干式变压器,即能减少噪音,无污染,而且过载能力强,供电可靠性高,特别是还能挖掘节电潜力。 

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