干式变压器的技术发展与设计选择

简介：干式变压器技术发展及设计选型关键词：T1。发展概况世界上较好台干式变压器诞生于1876年，是干式的。然而，直到20世纪中叶，干式变压器仅限于制造低压小容量的干式变压器。20世纪50年代末60年代初，随着环氧树脂等新材料的出现，环氧树脂真空浇注干式变压器在世界范围内得到了成功的发展，并迅速广泛应用于35kV及以下的配电干式变压器等多个领域。据相关统计，近20年来干变发展迅速，尤其是配电干式变压器，干变比例越来越大，如欧美发达家50%以上；中起步较晚，近几年占3 ~ 5%，大中城市占20 ~ 30%，北京、上海、广州、深圳等城市超过50%。1.1增加产量在中，由于各种原因，干式变压器在20世纪80年代中期逐渐普及和使用。20世纪80年代末，各地从外引进技术和设备，并在此基础上不断发展创新，使我干式变压器的制造水平上升到一个新的水平。自1990年以来，其生产和销售逐年快速增长。据相关行业数据分析统计，我干式变压器(港澳台除外)每年增长20%以上：1989年约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。从以上数据可以看出，中已经成为世界上干式变压器产销量较大的家之一。随着我城乡中低压配电网建设和改造的加快，干式变压器面临新的发展机遇，近年来生产和销售有望实现新的飞跃。1.2技术状况1.2.1电压等级：目前量产主要集中在10kV电压等级，大部分电站都是6kV电压。经常订购15~20kV产品。目前，世界上树脂绝缘干式变压器的较高电压为35kV，内几家大型工厂已经生产了近百万千伏安的35kV产品，并在各地投入运行。1.2.2容量：(1)配电干式变压器：10/0.4kV、20/0.4kV、35/0.4kV配电干式变压器容量30~2500kVA，受低压PC面板进线开关分断容量限制，目前未见容量超过2500 kva；(2)电力干式变压器：10、20、35kV电力干式变压器可产生20000千伏安。1996年，中制造了亚洲较好台容量较大、电压较高的16000/24000千伏安(AN/AF)、35kV干式变压器，标志着中在大容量干式变压器制造技术上达到了世界先进水平。1.2.3损耗和噪声：我干式变压器制造技术的研究和创新主要集中在性能参数的优化上，尤其是干式变压器损耗和声级的研究，取得了许多可喜的成果，使得我干式变压器的损耗(尤其是空载损耗)和噪声大大降低。据相关统计，SC(B)9系列总损耗水平比进口SC系列低15 ~ 20%，空载损耗降低25%；通过对噪声的系统研究，我进一步掌握了噪声产生的机理，并将其成果投入到SC(B)8和SC(B)9新系列产品中。SC(B)9系列产品的噪声比原SC系列低15 ~ 20%。容量在2500千伏安及以下的配电干式变压器，噪声一般可控制在50dB左右；超大容量(如10000和16000千伏安)的35kV干式变压器通常可控制在55dB以内。综上所述，SC(B)9系列干式变压器的性能参数达到了世界先进水平。顺德特种干式变压器厂即将推出智能化、低噪音、节能的SC(B)10系列新产品。1.2.4有载调压：内10kV干式配电干式变压器有载调压较大容量为2500kVA，云南玉溪烟厂机组数较多。这 #p#分页标题#e#

1.2.5整流牵引变压器：(1)整流励磁变压器：水力发电厂的励磁变压器逐渐被干式变压器取代，高低压绕组电压等级一般为20kV/1kV，一般采用单相结构，高压封闭母线进线。顺德特种干式变压器厂为长江三峡研制了世界上较大的84万千瓦发电机，并获得励磁变压器，1999年底通过家验收，单相容量3000千伏安。近年来，火电厂的励磁已由动态变为静态——采用干式变压器作为励磁变压器。(2)冶金电炉变压器：以低压大电流为特点，如江西贵冶生产的3500千伏安干式变压器，低压相电流超过2万安.(3)牵引变压器：适用于城市地铁、轨道交通的干式牵引变压器，随着城市轨道交通的发展得到广泛应用。电压有10、20、35kV三个等级。从12脉整流到24脉整流，减少谐波污染；容量有800、2500、3300kVA等。1.3未来展望随着干式变压器的推广应用，干式变压器的制造技术也取得了很大的进步。可以预见，未来干式变压器将在以下几个方面得到进一步发展。(1)节能低噪声：新的低消耗硅钢片、箔绕结构、阶梯式铁芯接头、环保要求、深入的噪声研究，以及新材料、新工艺、新技术如计算机优化设计的引入，将使未来的干式变压器更加节能、更加安静。(2)高可靠性：提高产品质量和可靠性将是人们不懈的追求。引进技术消化吸收后，将在电磁场计算、波动过程、浇注过程、热点温升、局部放电机理、质量保证体系、可靠性工程等方面开展大量基础研究。并将积极开展可靠性认证，进一步提高干改的可靠性。(3)环保特性认证：以欧洲标准HD464为基础，进行干式变压器耐气候(C0、C1、C2)、耐环境(E0、E1、E2)、耐火(F0、F1、F2)的研究和认证。(4)大容量：50 ~ 2500千伏安干式配电变压器至10000~2

0000kVA/35kV电力干式变压器拓展，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干式变压器将获广泛应用。 （5）多功能组合：从单一干式变压器向带风冷、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干式变压器发展。 （6）多领域发展：从以配电干式变压器为主，向发电站厂用变、励磁变、地铁牵引整流干式变压器、大电流电炉变、核电站、船用及采油平台用等特种干式变压器及多用途领域发展。2．干式变压器的特点 （1）无油、无污染、难燃阻燃、自熄防火。 （2）绝缘温升等级高：F级绝缘，干式变压器温升可达100K。 （3）损耗低、效率高：SC(B)9系列损耗比现行新标(GB/T10228)降低10％。 （4）噪声小：SC(B)9系列配电干式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）不需单先的干式变压器室，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，为干式变压器安全运行提供可靠保障。 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．干式变压器的设计选型3．1干式变压器的冷却方式 干式变压器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(AN)时，正常使用条件下，干式变压器可在额定容量下长期连续运行。强迫风冷(AF)时，正常使用条件下，干式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(AN)和强迫风冷(AF)的干式变压器，均需保证干式变压器室具有良好的通风能力。当干式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，不超出干式变压器本体外形轮廓尺寸；风机容量小，2500kVA以下的配电干式变压器风机只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，而不能直接从干式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)、干式变压器的绝缘散热情况、发热时间常数等有关。若有需要，可向生产厂索取干变的过负荷曲线。如何利用其过载能力呢？笔者提出两点供设计人员参考： （1）选择计算干式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干式变压器容量；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，适当减小干式变压器容量。 （2）可减少备用容量或台数：在某些场所，对干式变压器的备用系数要求较高，使得工程选配的干式变压器容量大、台数多。而利用干变的过载能力，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（而不用选配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。干式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）即应采取减载措施（减去某些次要负荷），以确保对主要负荷的安全供电；而当处理好故障，应迅即投入停运的干式变压器，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。若须将干式变压器安装在户外，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外壳会使干式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，各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。若干式变压器不带外壳，通常可以IP00防护表示。3．4干式变压器的温度控制系统 干式变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决于干式变压器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘破坏，是导致干式变压器不能正常工作的主要原因之一，因此对干式变压器的运行温度的监测及其报警控制是十分重要的。今对TTC-300系列温控系统作一简介：参见图1.3．4．1风机自动控制：通过预埋在低压绕组较热处的Pt100热敏测温电阻测取温度信号。干式变压器负荷增大，运行温度上升，当绕组温度达某一数值(此值可调，对F级绝缘干变一般整定为110℃)时，系统自动启动风机冷却；当绕组温度降低至某一数值(此值也可调，对F级绝缘干变一般整定在90℃)时，系统自动停止风机。3．4．2超温报警、跳闸：通过预埋在低压绕组中的PTC非线性热敏测温电阻采集绕组或铁心温度信号。当干式变压器绕组温度继续升高，若达到某一高温度值(此值也可根据工程设计调整，通常整定在F级绝缘所标称温度155℃)时，系统输出超温报警信号；若温度继续上升达某值(此值也可按工程设计调整，通常整定在170℃)，干式变压器已不能继续运行，须向二次保护回路输送超温跳闸信号，应使干式变压器迅即跳闸。3．4．3温度显示系统：通过预埋在低压绕组中的Pt100热敏电阻测取温度变化值，直接显示各相绕组温度（三相巡检及较大值显示，并可记录历史较高温度），可将较高温度以4~20mA模拟量输出，若需传输至远方（距离可达1200m）计算机，可加配RS232C计算机接口。系统的超温报警、跳闸也可由Pt100热敏传感电阻信号动作，进一步提高温控保护系统的可靠性。 若工程需要，为确保温显计算机讯号的可靠传输，可将TTC-300温控器分由两路电源提供：风机及其控制回路可由MCC屏提供；温显Pt100传感系统则可由PC柜UPC电#p#分页标题#e#

3．5干式变低压出线方式及其接口配合 为适应市场需要，各主要生产厂除产品样本、手册所列的常规标准系列外，还可按客户的需要来生产-这就要求在订货时，设计方要将技术要求提清楚。 干式变压器因没有油，也就没有火灾、爆炸、污染等问题，故电气规范、规程等均不要求干式变压器置于单先房间内。特别是新的SC(B)8及SC(B)9系列，损耗和噪声降到了新的水平，更为干式变压器与低压屏置于同一配电室内创造了条件。为适应这一情况，顺德特种干式变压器厂1996年在推出SC(B)8系列新产品的同时，在其《干式变压器技术手册》上先先向客户推出了标准封闭母线、标准横排侧出线以及标准立排侧出线等多种低压出线方式，1998年出版的《SC(B)9系列干式变压器技术手册》中，使上述低压出线方式得到肯定和进一步完善，受到客户、设计单位的普遍欢迎。近年来，设计单位逐渐熟悉并予选用，在此作简要介绍。3．5．1低压标准封闭母线：工程配线若选用封闭母线（也称插接式母线或密集型母线槽），相应之干式变压器可提供标准封闭母线端子，方便与外部封闭母排的联接。 带外壳（IP20）产品，在外壳顶盖上配套提供封闭母线法兰；不带外壳（IP00）产品，只提供封闭母排接线端子。详见图2：封闭母线干式变压器外形及其接口配合图。3．5．2低压标准横排侧出线：当干式变压器与低压配电屏并排放置时，为方便其端子间的联接，干式变压器可提供低压标准横排侧出线，通常与GGD、GCK、MNS等低压屏相配，详见图3：标准横排侧出线干式变压器外形及其接口配合图。３．5．3低压标准立排侧出线：与横排侧出线相似，若当选用多米诺屏等母排为竖向布置的低压配电屏时，干式变压器可提供低压标准立排侧出线.3．6零序阻抗3．6．1Dyn联结组别，三相三柱铁心：高压D接（三角接）绕组内可通过零序循环电流（感应产生），因而可与低压绕组零序电流互相平衡、去磁；因此，低压侧零序阻抗很小，约为（0.9～1）短路阻抗，如下式：UNZ0＝ku————（Ω/相）IN式中：uk-短路阻抗（％）UN-低压相电压（V）IN-低压相电流（A）k-系数（0.9～1），容量较小（50kVA）时取小值，容量较大（2500kVA）时取大值。以1000kVA，uk＝6％产品为例，Z0＝9.125×10-3（Ω/相）。3．6．2Yyn联结组别，三相三柱铁心：高压Y接（星接）绕组不能流过零序电流，低压侧（yn）激磁时，由零序电流产生的零序磁通的一部分回路是空气，磁阻较大，零序磁通较小，所以零序阻抗仍较小，且有一定的分散性，其范围如下：UNZ0＝（0.3～0.8）————（Ω/相）IN典型产品（Yyn）零序阻抗实测值（75℃）列于下表：注：以上容量段中，SN≤500kVA的短路阻抗为4％，SN≥800kVA的短路阻抗均为6％。 按照家建设部《1998年家建筑标准设计编制工作计划》的安排，由中建筑标准设计研究所负责组织，中纺织工业设计院主编、顺德特种干式变压器厂协编的家建筑标准设计图集《干式变压器安装》已经编制完成并出版，经家建设部批准的图集号为《99D268》，由各省市建筑设计标准站在全公开发行。图集向电气设计人员提供了适用于各种场所的干式变压器布置、安装方式，针对干式变压器与低压PC屏的接口配合列出了多种方案供设计、施工选择。 新世纪即将来临，可以预言，二十一世纪的配电干式变压器将属于性能优越、低噪声、节能的树脂绝缘干式变压器。 来源：中自动化网#p#分页标题#e#