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配電變壓器的發展方向

發布日期:2016-03-08

1、 概述

  向配電網直接供電的配電變壓器在國內外均屬于應用量大面廣的產品。在我國,配電變壓器的年產量達5000萬KVA左右,約占全部變壓器年產量l/3左右。因此,配電變壓器的運行可靠性、產品技術性能與經濟指標都會直接影響國家的經濟建設與城鄉居民及企事業單位供電安全。

  近幾年,為適應國家在城鄉電網改造的需求,發展了一批新型、優質的配電變壓器,使配電網絡的變壓器裝備更趨先進,供電更可靠,農村用電更趨低價。近年發展的配電變壓器的損耗值在不斷下降,尤其空載損耗值下降更多,這主要歸功于磁性材料導磁性能的改進,其次是導磁結構鐵心型式的多樣化。如較薄高導磁硅鋼片或非晶合金的應用,階梯接縫全斜結構鐵心、卷鐵心(平面型、立體型)、退火工藝的應用等。在降低損耗的同時也注意噪聲水平的降低。在干式配電變壓器方面又將局部放電試驗列為例行試驗,用戶又對局部放電量有要求,作為干式配電變壓器運行可靠性的一項考核指標,這比國際電工委員會規定的現行要求要嚴格。因此,在現有基礎上預測我國各類配電變壓器的發展趨勢,推動配電變壓器進一步發展應是一件比較重要工作。本文將分類型預測配電變壓器的發展。

  2、 干式變壓器的發展趨勢

  要求防火、防爆的場所,如商業中心、機場、地鐵、高層建筑、水電站等,常選用干式配電變壓器。目前,國內已有幾十個工廠能生產傳統的環氧樹脂澆注型干式配電變壓器。既有無勵磁調壓,又有有載調壓。正常運行時為自冷冷卻方式,當裝有吹風裝置時提供急救條件(其他變壓器有故障時起動風機)作為超銘牌容量運行。在國內,**三相單臺容量可達20000kVA(35kV級),**電壓等級可達110KV(單相10500kVA)。干式變壓器的年產量已占整個配電變壓器年產量的20%。鑒于環氧樹脂澆注干式配電變壓器還存在下列一些問題:

  (1)設計的自由度不大,每個繞組都要用模具才能撓注。 

  (2)一旦在高溫中燃燒會產生大量煙霧。

  (3)由于環氧樹脂與導線的熱膨脹系數不盡相同,如果緩沖層設置不當,易在冷熱溫度沖擊下,澆注層開裂,局部放電量增加,部分企業的個別產品已有此類質量問題在運行中暴露。

  (4)環保問題,一旦這種環氧樹脂澆注型干式配電變壓器預期壽命已到,或因各種故障而使變壓器繞組損壞,要銷毀澆注成型的繞組是困難的,目前尚無法使環氧樹脂降解。從環保角度上講,這將是日益嚴重的問題。

  (5)環氧樹脂澆注型干式配電變壓器多數屬于F級耐溫等級,僅個別企業能生產H級耐溫等級的澆注型干式配電變壓器。鑒于上述原因,目前已有部分企業在發展敞開通風干式H級配電變壓器[1,2]。

  這種新發展的H級配電變壓器是以耐高溫固體絕緣材料作為導線的匝絕緣或絕緣結構件材料。國內多數企業選用Nomex紙作為主要絕緣材料,它的特點如下:

  (1)介電常數為1.5-2.5。更接近空氣的介電常數,可使作用在空氣隙的場強較低;其他H級固體絕緣材料的介電常數都比Nomex紙的介電常數大。另外,Nomex紙的局部放電起始電壓也較高。所以絕緣性能上Nomex紙是一種合適的絕緣材料。國內已有用Nomex紙制造成的35KV級敞開通風干式配電變壓器,三相容量為2500kVA。雷電沖擊水平已達170kV(峰值)。其他H級絕緣材料的干式配電變壓器僅為l0kV級。Nomex紙實際可能耐溫220℃,按H級設計時可有較高的超銘牌容量運行的能力而不犧牲預期壽命。

  (2)Nomex紙具有很好的防潮性能,不吸水即使在95%相對濕度下,仍可保持完全干燥時90%的介電強度。另外,Nomex紙在220℃下的化學穩定性很好。

  (3)阻燃性好,在220℃高溫下限氧指數仍大于20.8%。即使在特高溫度燃燒,著火后能自熄而不助燃。

  (4)當產品達預期運行壽命后,回收很方便,不存在任何影響環保的問題,因此環保性能好。

  (5)很多企業研制成功的Nomex紙H級干式配電變壓器都能通過符合國標要求的例行、型式與含突發短路試驗在內的特殊試驗。在技術性能上達到低損耗、低局放、低噪聲與耐受短路機械力高的要求。在國內已有較長時間安全運行經驗。設計的自由度較大,沒有澆注模具的要求。對于非包封型敞開通風干式H級配電變壓器只要增加真空壓力浸漬設備即可。

  國內也有不用Nomex紙而用玻璃絲布作為H級固體絕緣材料的敞開通風H級干式配電變壓器,工藝上采用真空浸漬設備,繞組中用陶瓷墊塊,由于玻璃纖維的介電常數(約為5-6)比Nomex紙的介電常數高,陶瓷質介電常數也高,因此在設計時匝間電壓限制得較低[2],生產此型干式配電變壓器的關鍵是真空浸漬用漆,目前尚無國產漆,整個絕緣系統的質量取決于漆的質量。

  3、 油浸式配電變壓器的發展趨勢

  對于一般場合使用的配電變壓器常選用油浸式配電變壓器。國內,這種油浸式配電變壓器在低損耗與低噪聲、高可靠性方面已取得較好成果,尤其是節能降耗方面,下面是歷年來10KV配電變壓器的損耗降低對比表。

  表 10KV配電變壓器歷年損耗水平對比 (單位:W) 

 

  隨著用電量的增長,變電站又接近居民中心。所以為改進礦物油浸式變壓器的防火能力,有必要發展采用高耐溫固體與液體絕緣材料做成的液浸式配電變壓器。絕緣系統將有下列幾種:

  ①A級絕緣材料與高燃點油配合的絕緣系統。②H級絕緣材料與高燃點油配合的絕緣系統。③H級絕緣材料與礦物油配合的絕緣系統。④混合絕緣材料與礦物油配合的絕緣系統。

  利用提高絕緣系統的不同耐溫等級的較高允許溫升達到總重不變時提高單臺輸出容量或單臺容量不變時總重與體積的降低與縮小。

  這樣,地埋式配電變壓器就可選用以上不同的絕緣系統。如導線可選用Nomex紙作匝絕緣,液體絕緣介質可選用變壓器油與高燃點油。Nomex紙浸油后介電常數(與Nomex紙密度有關)與油接近,Nomex紙的熱導率與一般纖維紙熱導率接近。國內電機車用機載變壓器就是Nomex紙與硅油組合的絕緣系統,已有多年運行經驗。將這種絕緣系統延伸到油浸式配電變壓器(柱上式、地基式、地埋式)應是可以的。國際電工委員會正在考慮制定這種利用高耐溫絕緣材料作為絕緣系統的配電變壓器的設計導則。

  4、配電變壓器向組合化方向發展

  因為配電網中常要求對變壓器作各種保護,傳統保護裝置與變壓器是分別安裝在使用場所。這樣,既不便于安裝調試又不利于維護。為解決這個問題,配電變壓器已向組合化方向發展。目前在發展的有兩大類:一類是將熔斷絲與負荷開關裝在變壓器內部形成一個整體,整體內的低壓出線可分成幾路,每路都有計量裝置,沒有裸露的帶電部分,這種配電變壓器稱為組合式變壓器,一接上線即可使用,目前較多用于環網供電。另一類是預裝式變壓器,變壓器的兩側分別為高壓與低壓配電柜,它們根據不同接線方式配置保護元件,一接上線即可使用。組合式變壓器的變壓器部分為礦物油浸式變壓器,將來也可能配置高耐溫液浸式變壓器。預裝式變電站目前選用礦物油漫式或干式配電變壓器,將來也可配置高耐沮液漫式變壓器。

  5、配電變壓器尚未有定論的幾種型式

  國內,某些供電插所曾選用以SF6為冷卻與絕緣介質的配電變壓器。這種配電變壓器在環保上要求無泄漏,SF6氣體的年泄漏率要求在1%以下,因泄漏出SF6,氣體會產生溫室效應,使周圍環境溫度提高。另外,這種變壓器的價格較貴。僅少數電站或工程選用。

  隨著配電電壓的提高,國外,如ABB公司在發展以交聯聚乙烯電纜來繞制干式變壓器繞組。這種技術適用于較高電壓如110kv及以上,容量在幾萬KVA。因為交聯聚乙烯電纜必須在60℃的溫度下運行,變壓器必須用風機吹風冷卻,吹風裝置要有高可靠性。另外,變壓器內要裝無勵磁調壓開關或有載調壓開關較為困難。國內,已研制成110KV×10500KV環氧樹脂澆注三相繞組有載調壓干式變壓器,且有成功的運行經驗。

  6、總結

  隨著絕緣材料的發展,環保上的要求,安全供電要求,配電變壓器應與時俱進發展新品種以滿足使用要求。


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