干式變壓器的技術(shù)發(fā)展與設計選擇

簡(jiǎn)介：干式變壓器技術(shù)發(fā)展及設計選型關(guān)鍵詞：T1。發(fā)展概況世界上較好臺干式變壓器誕生于1876年，是干式的。然而，直到20世紀中葉，干式變壓器僅限于制造低壓小容量的干式變壓器。20世紀50年代末60年代初，隨著(zhù)環(huán)氧樹(shù)脂等新材料的出現，環(huán)氧樹(shù)脂真空澆注干式變壓器在世界范圍內得到了成功的發(fā)展，并迅速廣泛應用于35kV及以下的配電干式變壓器等多個(gè)領(lǐng)域。據相關(guān)統計，近20年來(lái)干變發(fā)展迅速，尤其是配電干式變壓器，干變比例越來(lái)越大，如歐美發(fā)達家50%以上；中起步較晚，近幾年占3 ~ 5%，大中城市占20 ~ 30%，北京、上海、廣州、深圳等城市超過(guò)50%。1.1增加產(chǎn)量在中，由于各種原因，干式變壓器在20世紀80年代中期逐漸普及和使用。20世紀80年代末，各地從外引進(jìn)技術(shù)和設備，并在此基礎上不斷發(fā)展創(chuàng )新，使我干式變壓器的制造水平上升到一個(gè)新的水平。自1990年以來(lái)，其生產(chǎn)和銷(xiāo)售逐年快速增長(cháng)。據相關(guān)行業(yè)數據分析統計，我干式變壓器(港澳臺除外)每年增長(cháng)20%以上：1989年約700MVA，1000MVA以上；1991年；1995-6200兆伏安，1996-7500兆伏安，1997-8800兆伏安，1998年近10000兆伏安。從以上數據可以看出，中已經(jīng)成為世界上干式變壓器產(chǎn)銷(xiāo)量較大的家之一。隨著(zhù)我城鄉中低壓配電網(wǎng)建設和改造的加快，干式變壓器面臨新的發(fā)展機遇，近年來(lái)生產(chǎn)和銷(xiāo)售有望實(shí)現新的飛躍。1.2技術(shù)狀況1.2.1電壓等級：目前量產(chǎn)主要集中在10kV電壓等級，大部分電站都是6kV電壓。經(jīng)常訂購15~20kV產(chǎn)品。目前，世界上樹(shù)脂絕緣干式變壓器的較高電壓為35kV，內幾家大型工廠(chǎng)已經(jīng)生產(chǎn)了近百萬(wàn)千伏安的35kV產(chǎn)品，并在各地投入運行。1.2.2容量：(1)配電干式變壓器：10/0.4kV、20/0.4kV、35/0.4kV配電干式變壓器容量30~2500kVA，受低壓PC面板進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)分斷容量限制，目前未見(jiàn)容量超過(guò)2500 kva；(2)電力干式變壓器：10、20、35kV電力干式變壓器可產(chǎn)生20000千伏安。1996年，中制造了亞洲較好臺容量較大、電壓較高的16000/24000千伏安(AN/AF)、35kV干式變壓器，標志著(zhù)中在大容量干式變壓器制造技術(shù)上達到了世界先進(jìn)水平。1.2.3損耗和噪聲：我干式變壓器制造技術(shù)的研究和創(chuàng )新主要集中在性能參數的優(yōu)化上，尤其是干式變壓器損耗和聲級的研究，取得了許多可喜的成果，使得我干式變壓器的損耗(尤其是空載損耗)和噪聲大大降低。據相關(guān)統計，SC(B)9系列總損耗水平比進(jìn)口SC系列低15 ~ 20%，空載損耗降低25%；通過(guò)對噪聲的系統研究，我進(jìn)一步掌握了噪聲產(chǎn)生的機理，并將其成果投入到SC(B)8和SC(B)9新系列產(chǎn)品中。SC(B)9系列產(chǎn)品的噪聲比原SC系列低15 ~ 20%。容量在2500千伏安及以下的配電干式變壓器，噪聲一般可控制在50dB左右；超大容量(如10000和16000千伏安)的35kV干式變壓器通?？煽刂圃?5dB以?xún)?。綜上所述，SC(B)9系列干式變壓器的性能參數達到了世界先進(jìn)水平。順德特種干式變壓器廠(chǎng)即將推出智能化、低噪音、節能的SC(B)10系列新產(chǎn)品。1.2.4有載調壓：內10kV干式配電干式變壓器有載調壓較大容量為2500kVA，云南玉溪煙廠(chǎng)機組數較多。這 #p#分頁(yè)標題#e#

1.2.5整流牽引變壓器：(1)整流勵磁變壓器：水力發(fā)電廠(chǎng)的勵磁變壓器逐漸被干式變壓器取代，高低壓繞組電壓等級一般為20kV/1kV，一般采用單相結構，高壓封閉母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)。順德特種干式變壓器廠(chǎng)為長(cháng)江三峽研制了世界上較大的84萬(wàn)千瓦發(fā)電機，并獲得勵磁變壓器，1999年底通過(guò)家驗收，單相容量3000千伏安。近年來(lái)，火電廠(chǎng)的勵磁已由動(dòng)態(tài)變?yōu)殪o態(tài)——采用干式變壓器作為勵磁變壓器。(2)冶金電爐變壓器：以低壓大電流為特點(diǎn)，如江西貴冶生產(chǎn)的3500千伏安干式變壓器，低壓相電流超過(guò)2萬(wàn)安.(3)牽引變壓器：適用于城市地鐵、軌道交通的干式牽引變壓器，隨著(zhù)城市軌道交通的發(fā)展得到廣泛應用。電壓有10、20、35kV三個(gè)等級。從12脈整流到24脈整流，減少諧波污染；容量有800、2500、3300kVA等。1.3未來(lái)展望隨著(zhù)干式變壓器的推廣應用，干式變壓器的制造技術(shù)也取得了很大的進(jìn)步?？梢灶A見(jiàn)，未來(lái)干式變壓器將在以下幾個(gè)方面得到進(jìn)一步發(fā)展。(1)節能低噪聲：新的低消耗硅鋼片、箔繞結構、階梯式鐵芯接頭、環(huán)保要求、深入的噪聲研究，以及新材料、新工藝、新技術(shù)如計算機優(yōu)化設計的引入，將使未來(lái)的干式變壓器更加節能、更加安靜。(2)高可靠性：提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性將是人們不懈的追求。引進(jìn)技術(shù)消化吸收后，將在電磁場(chǎng)計算、波動(dòng)過(guò)程、澆注過(guò)程、熱點(diǎn)溫升、局部放電機理、質(zhì)量保證體系、可靠性工程等方面開(kāi)展大量基礎研究。并將積極開(kāi)展可靠性認證，進(jìn)一步提高干改的可靠性。(3)環(huán)保特性認證：以歐洲標準HD464為基礎，進(jìn)行干式變壓器耐氣候(C0、C1、C2)、耐環(huán)境(E0、E1、E2)、耐火(F0、F1、F2)的研究和認證。(4)大容量：50 ~ 2500千伏安干式配電變壓器至10000~2

0000kVA/35kV電力干式變壓器拓展，隨著(zhù)城市用電負荷不斷增加，城網(wǎng)區域變電所越來(lái)越深入城市中心區、居民小區、大型廠(chǎng)礦等負荷中心，35kV大容量的小區中心供電電力干式變壓器將獲廣泛應用。 （5）多功能組合：從單一干式變壓器向帶風(fēng)冷、保護外殼、溫度計算機接口、零序互感器、功率計量、封閉母線(xiàn)、側出線(xiàn)等多功能組合式干式變壓器發(fā)展。 （6）多領(lǐng)域發(fā)展：從以配電干式變壓器為主，向發(fā)電站廠(chǎng)用變、勵磁變、地鐵牽引整流干式變壓器、大電流電爐變、核電站、船用及采油平臺用等特種干式變壓器及多用途領(lǐng)域發(fā)展。2．干式變壓器的特點(diǎn) （1）無(wú)油、無(wú)污染、難燃阻燃、自熄防火。 （2）絕緣溫升等級高：F級絕緣，干式變壓器溫升可達100K。 （3）損耗低、效率高：SC(B)9系列損耗比現行新標(GB/T10228)降低10％。 （4）噪聲?。篠C(B)9系列配電干式變壓器通?？煽刂圃?0dB以下。 （5）局部放電量小(通常在10PC以下)，可靠性高，可保證長(cháng)期安全運行，壽命可達30年。 （6）抗裂、抗溫度變化，機械強度高，抗突發(fā)短路能力強。 （7）防潮性能好，可在100％濕度下正常運行，停運后不需干燥處理即可投入運行。 （8）體積小、重量輕，據有關(guān)人士統計，油變的外形尺寸為干變的2倍多。 （9）不需單先的干式變壓器室，不需吊芯檢修及承重梁，節約土建占地和占空；因無(wú)油，不會(huì )產(chǎn)生有毒氣體，不會(huì )對環(huán)境造成污染，不要集油坑等附屬建筑，減少了土建造價(jià)。 （10）安裝便捷，無(wú)須調試，幾乎不需維護；無(wú)須更換和檢查油料，運行維護成本低。 （11）配備有完善的溫度保護控制系統，為干式變壓器安全運行提供可靠保障。 從低噪、節能、防火、節省土建造價(jià)、運行維護管理費以及長(cháng)達30年的壽命等綜合技術(shù)經(jīng)濟性能比較，干式變壓器顯現出其明顯的優(yōu)越性。3．干式變壓器的設計選型3．1干式變壓器的冷卻方式 干式變壓器冷卻方式分為自然空氣冷卻(AN)和強迫空氣冷卻(AF)。自然空冷(AN)時(shí)，正常使用條件下，干式變壓器可在額定容量下長(cháng)期連續運行。強迫風(fēng)冷(AF)時(shí)，正常使用條件下，干式變壓器輸出容量可提高50％，適用于斷續過(guò)負荷運行，或應急事故過(guò)負荷運行；由于過(guò)負荷時(shí)負載損耗和阻抗電壓增幅較大，處于非經(jīng)濟運行狀態(tài)，故不應使其處于長(cháng)時(shí)間連續過(guò)負荷運行。 對自然空冷(AN)和強迫風(fēng)冷(AF)的干式變壓器，均需保證干式變壓器室具有良好的通風(fēng)能力。當干式變壓器安裝在地下室或通風(fēng)能力較差環(huán)境時(shí)，須增設散熱通風(fēng)裝置，通風(fēng)量可按每1kW損耗(PO＋PK)需2~4m3/min風(fēng)量選取。 新型的簾式風(fēng)機風(fēng)冷系統噪音降低，冷卻均勻，效果好；體積小，占用空間小，不超出干式變壓器本體外形輪廓尺寸；風(fēng)機容量小，2500kVA以下的配電干式變壓器風(fēng)機只180W~540W，且采用單相AC220V電源。但需注意此電源應從低壓MCC或PC配電屏內之斷路器引取，而不能直接從干式變壓器低壓出線(xiàn)母排接取。3．2干式變壓器的過(guò)載能力 干式變壓器的過(guò)載能力與環(huán)境溫度、過(guò)載前的負載情況(起始負載)、干式變壓器的絕緣散熱情況、發(fā)熱時(shí)間常數等有關(guān)。若有需要，可向生產(chǎn)廠(chǎng)索取干變的過(guò)負荷曲線(xiàn)。如何利用其過(guò)載能力呢？筆者提出兩點(diǎn)供設計人員參考： （1）選擇計算干式變壓器容量時(shí)可適當減?。撼浞挚紤]某些軋鋼、焊接等設備短時(shí)沖擊過(guò)負荷的可能性-盡量利用干式變壓器的較強過(guò)載能力而減小干式變壓器容量；對某些不均勻負荷的場(chǎng)所，如供夜間照明等為主的居民區、文化娛樂(lè )設施、以供空調和白天照明為主的商場(chǎng)等，可充分利用其過(guò)載能力，使其主運行時(shí)間處于滿(mǎn)載或短時(shí)過(guò)載，這樣就可以在計算、選配容量時(shí)，適當減小干式變壓器容量。 （2）可減少備用容量或臺數：在某些場(chǎng)所，對干式變壓器的備用系數要求較高，使得工程選配的干式變壓器容量大、臺數多。而利用干變的過(guò)載能力，在考慮其備用容量時(shí)可予以壓縮；在確定備用臺數時(shí)亦可減少。例如，設計計算容量Sjs30＝1400kVA時(shí)，可選配2臺（而不用選配3臺）1000kVA干式變壓器。當其中1臺故障須退出運行時(shí)，另1臺可以應急承擔整個(gè)負荷；若負荷重，溫度超過(guò)110℃時(shí)，強迫風(fēng)冷系統將自動(dòng)投入，可使其過(guò)載能力提高到1.4~1.5倍。干式變壓器處于過(guò)載運行時(shí)，一定要注意監測其運行溫度：若溫度上升達155℃（有報警發(fā)出）即應采取減載措施（減去某些次要負荷），以確保對主要負荷的安全供電；而當處理好故障，應迅即投入停運的干式變壓器，恢復系統正常運行。3．3干式變壓器的防護方式 根據使用環(huán)境特征及防護要求，干式變壓器可選擇不同的外殼。通常選用IP20防護外殼，可防止直徑大于12mm的固體異物進(jìn)入，為帶電部分提供安全屏障?？煞乐剐?dòng)物（鼠、蛇、貓、雀等）進(jìn)入，造成短路停電等惡性故障。若須將干式變壓器安裝在戶(hù)外，則可選用IP23防護外殼，除上述IP20防護功能外，更可防止與垂直線(xiàn)成60°角以?xún)鹊乃稳?。但IP23外殼會(huì )使干式變壓器冷卻能力下降，選用時(shí)要注意其運行容量的降低：容量較小的下降約5％，容量較大的下降約10％。 工廠(chǎng)通常提供的是鋁合金外殼，美觀(guān)耐用，各生產(chǎn)廠(chǎng)都可根據客戶(hù)的實(shí)際需要提供各種防護等級、各類(lèi)材質(zhì)（如鋁合金、鋼板等）的防護外殼。若干式變壓器不帶外殼，通?？梢訧P00防護表示。3．4干式變壓器的溫度控制系統 干式變壓器的安全運行和使用壽命，很大程度上取決于干式變壓器繞組絕緣的安全可靠。繞組溫度超過(guò)絕緣耐受溫度使絕緣破壞，是導致干式變壓器不能正常工作的主要原因之一，因此對干式變壓器的運行溫度的監測及其報警控制是十分重要的。今對TTC-300系列溫控系統作一簡(jiǎn)介：參見(jiàn)圖1.3．4．1風(fēng)機自動(dòng)控制：通過(guò)預埋在低壓繞組較熱處的Pt100熱敏測溫電阻測取溫度信號。干式變壓器負荷增大，運行溫度上升，當繞組溫度達某一數值(此值可調，對F級絕緣干變一般整定為110℃)時(shí)，系統自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機冷卻；當繞組溫度降低至某一數值(此值也可調，對F級絕緣干變一般整定在90℃)時(shí)，系統自動(dòng)停止風(fēng)機。3．4．2超溫報警、跳閘：通過(guò)預埋在低壓繞組中的PTC非線(xiàn)性熱敏測溫電阻采集繞組或鐵心溫度信號。當干式變壓器繞組溫度繼續升高，若達到某一高溫度值(此值也可根據工程設計調整，通常整定在F級絕緣所標稱(chēng)溫度155℃)時(shí)，系統輸出超溫報警信號；若溫度繼續上升達某值(此值也可按工程設計調整，通常整定在170℃)，干式變壓器已不能繼續運行，須向二次保護回路輸送超溫跳閘信號，應使干式變壓器迅即跳閘。3．4．3溫度顯示系統：通過(guò)預埋在低壓繞組中的Pt100熱敏電阻測取溫度變化值，直接顯示各相繞組溫度（三相巡檢及較大值顯示，并可記錄歷史較高溫度），可將較高溫度以4~20mA模擬量輸出，若需傳輸至遠方（距離可達1200m）計算機，可加配RS232C計算機接口。系統的超溫報警、跳閘也可由Pt100熱敏傳感電阻信號動(dòng)作，進(jìn)一步提高溫控保護系統的可靠性。 若工程需要，為確保溫顯計算機訊號的可靠傳輸，可將TTC-300溫控器分由兩路電源提供：風(fēng)機及其控制回路可由MCC屏提供；溫顯Pt100傳感系統則可由PC柜UPC電#p#分頁(yè)標題#e#

3．5干式變低壓出線(xiàn)方式及其接口配合 為適應市場(chǎng)需要，各主要生產(chǎn)廠(chǎng)除產(chǎn)品樣本、手冊所列的常規標準系列外，還可按客戶(hù)的需要來(lái)生產(chǎn)-這就要求在訂貨時(shí)，設計方要將技術(shù)要求提清楚。 干式變壓器因沒(méi)有油，也就沒(méi)有火災、爆炸、污染等問(wèn)題，故電氣規范、規程等均不要求干式變壓器置于單先房間內。特別是新的SC(B)8及SC(B)9系列，損耗和噪聲降到了新的水平，更為干式變壓器與低壓屏置于同一配電室內創(chuàng )造了條件。為適應這一情況，順德特種干式變壓器廠(chǎng)1996年在推出SC(B)8系列新產(chǎn)品的同時(shí)，在其《干式變壓器技術(shù)手冊》上先先向客戶(hù)推出了標準封閉母線(xiàn)、標準橫排側出線(xiàn)以及標準立排側出線(xiàn)等多種低壓出線(xiàn)方式，1998年出版的《SC(B)9系列干式變壓器技術(shù)手冊》中，使上述低壓出線(xiàn)方式得到肯定和進(jìn)一步完善，受到客戶(hù)、設計單位的普遍歡迎。近年來(lái)，設計單位逐漸熟悉并予選用，在此作簡(jiǎn)要介紹。3．5．1低壓標準封閉母線(xiàn)：工程配線(xiàn)若選用封閉母線(xiàn)（也稱(chēng)插接式母線(xiàn)或密集型母線(xiàn)槽），相應之干式變壓器可提供標準封閉母線(xiàn)端子，方便與外部封閉母排的聯(lián)接。 帶外殼（IP20）產(chǎn)品，在外殼頂蓋上配套提供封閉母線(xiàn)法蘭；不帶外殼（IP00）產(chǎn)品，只提供封閉母排接線(xiàn)端子。詳見(jiàn)圖2：封閉母線(xiàn)干式變壓器外形及其接口配合圖。3．5．2低壓標準橫排側出線(xiàn)：當干式變壓器與低壓配電屏并排放置時(shí)，為方便其端子間的聯(lián)接，干式變壓器可提供低壓標準橫排側出線(xiàn)，通常與GGD、GCK、MNS等低壓屏相配，詳見(jiàn)圖3：標準橫排側出線(xiàn)干式變壓器外形及其接口配合圖。３．5．3低壓標準立排側出線(xiàn)：與橫排側出線(xiàn)相似，若當選用多米諾屏等母排為豎向布置的低壓配電屏時(shí)，干式變壓器可提供低壓標準立排側出線(xiàn).3．6零序阻抗3．6．1Dyn聯(lián)結組別，三相三柱鐵心：高壓D接（三角接）繞組內可通過(guò)零序循環(huán)電流（感應產(chǎn)生），因而可與低壓繞組零序電流互相平衡、去磁；因此，低壓側零序阻抗很小，約為（0.9～1）短路阻抗，如下式：UNZ0＝ku————（Ω/相）IN式中：uk-短路阻抗（％）UN-低壓相電壓（V）IN-低壓相電流（A）k-系數（0.9～1），容量較?。?0kVA）時(shí)取小值，容量較大（2500kVA）時(shí)取大值。以1000kVA，uk＝6％產(chǎn)品為例，Z0＝9.125×10-3（Ω/相）。3．6．2Yyn聯(lián)結組別，三相三柱鐵心：高壓Y接（星接）繞組不能流過(guò)零序電流，低壓側（yn）激磁時(shí)，由零序電流產(chǎn)生的零序磁通的一部分回路是空氣，磁阻較大，零序磁通較小，所以零序阻抗仍較小，且有一定的分散性，其范圍如下：UNZ0＝（0.3～0.8）————（Ω/相）IN典型產(chǎn)品（Yyn）零序阻抗實(shí)測值（75℃）列于下表：注：以上容量段中，SN≤500kVA的短路阻抗為4％，SN≥800kVA的短路阻抗均為6％。 按照家建設部《1998年家建筑標準設計編制工作計劃》的安排，由中建筑標準設計研究所負責組織，中紡織工業(yè)設計院主編、順德特種干式變壓器廠(chǎng)協(xié)編的家建筑標準設計圖集《干式變壓器安裝》已經(jīng)編制完成并出版，經(jīng)家建設部批準的圖集號為《99D268》，由各省市建筑設計標準站在全公開(kāi)發(fā)行。圖集向電氣設計人員提供了適用于各種場(chǎng)所的干式變壓器布置、安裝方式，針對干式變壓器與低壓PC屏的接口配合列出了多種方案供設計、施工選擇。 新世紀即將來(lái)臨，可以預言，二十一世紀的配電干式變壓器將屬于性能優(yōu)越、低噪聲、節能的樹(shù)脂絕緣干式變壓器。 來(lái)源：中自動(dòng)化網(wǎng)#p#分頁(yè)標題#e#