城市網(wǎng)新型變壓器及其相關(guān)的技術(shù)問題

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摘要：隨城市化進(jìn)程的加快，在老城區(qū)改造和新區(qū)建設(shè)中，為減少占地采用GIS，還要適應(yīng)電纜進(jìn)城，電纜人地，無油化以及防火阻燃的消防要求，部份變電站采用新型的110kV變壓器是一種不可回避的選擇。除現(xiàn)有的110kV油浸式變壓器之外，可以選擇的新型變壓器……

　　關(guān)鍵詞：新型110kV變壓器 氣體絕緣變壓器 全密封變壓器

　　一、110kV變壓器選型

　　隨著城市化進(jìn)程的加快，在老城區(qū)改造和新區(qū)建設(shè)中，為減少占地采用GIS，還要適應(yīng)電纜進(jìn)城，電纜人地，無油化以及防火阻燃的消防要求，部份變電站采用新型的110kV變壓器是一種不可回避的選擇。除現(xiàn)有的110kV油浸式變壓器之外，可以選擇的新型變壓器有：

　　1、干式變壓器。主要是樹脂澆注型的產(chǎn)品，目前在35kV配電系統(tǒng)中采用比較普遍，110kV級已有單相變壓器組產(chǎn)品在運(yùn)行，存在的問題主要還在于三相變壓器線圈沿面設(shè)計(jì)場強(qiáng)過高，長期運(yùn)行的絕緣可靠性及對環(huán)境的適應(yīng)性還存在一些問題。IEC標(biāo)準(zhǔn)正在修改中，將要通過的新標(biāo)準(zhǔn)中提出的環(huán)境、氣候和燃燒三項(xiàng)試驗(yàn)是考核干式變壓器絕緣性能的重要方法。

　　2、氣體絕緣變壓器。主要是指SF6氣體絕緣變壓器，今后還要發(fā)展環(huán)保性能更好的新型氣體絕緣介質(zhì)。在密閉的變壓器外殼中充以一定壓力的氣體絕緣介質(zhì)，并使氣體在氣泵的作用下循環(huán)散熱，要求本體和散熱器有較好的承壓密封性能，并保持年漏氣率在—個(gè)較低的水平。目前在國內(nèi)已有進(jìn)口產(chǎn)品在運(yùn)行。有的廠家也在積極引技術(shù)爭取盡快實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。IEC已有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

　　3、耐高溫絕緣的液浸式變壓器。采用的固體絕緣材料有常規(guī)的紙絕緣或耐高溫的絕緣材料，充以硅油，β油等高燃點(diǎn)的液體絕緣介質(zhì)，分為混合型、半混合型、復(fù)合型等不同的組合方式，對一般使用的配電變壓器可縮小體積，提高過載能力，改善其防火阻燃性能，是介于干式變壓器和常規(guī)的油浸式變壓器之間的一種選擇。由于其價(jià)格適中，環(huán)保陛能較好，有一定的發(fā)展空間。對110kV級變壓器，也不失為一種可供選用的產(chǎn)品。國內(nèi)已有半混合型和混合型的耐高溫液浸式變壓器在應(yīng)用。相應(yīng)的IEC標(biāo)準(zhǔn)也在制定中。存在油色譜、瓦斯保護(hù)等問題，負(fù)載損耗好較高。

　　4、電纜變壓器，國外的一些大公司已推出實(shí)用化產(chǎn)品，國內(nèi)已有一些變壓器制造廠和高校相結(jié)合正在開發(fā)類似產(chǎn)品，可望在110kV這個(gè)電壓等級較好的解決變壓器的無油化、防火阻燃性能。但主縱絕緣的概念和常規(guī)的繞組波過程理論，用于電纜變壓器已有根本的改變。其絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及試驗(yàn)技術(shù)有待研究探討。

　　二、變壓器承受短路能力

　　城網(wǎng)用電力或配電變壓器，由于其電壓比較大，阻抗相對較低，故其承受短路能力也顯得十分重要。IEC標(biāo)準(zhǔn)和國標(biāo)已于近期修改，對變壓器承受短路能力的試驗(yàn)提高了要求，從過去的試三次改為試九次，而且短路試驗(yàn)后的重復(fù)絕緣耐受試驗(yàn)的電壓值也改為100％，雷電沖擊等型式試驗(yàn)也要改在短路后進(jìn)行。試驗(yàn)考核更為嚴(yán)格。從而對城網(wǎng)用變壓器提出更高的要求，無疑對提前其運(yùn)行可靠性是十分有利的。按老標(biāo)準(zhǔn)通過短路承受能力試驗(yàn)的變壓器，是否能通過新標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)要求是值得考慮的問題。當(dāng)然標(biāo)準(zhǔn)的貫徹還需要一個(gè)過程。但從標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行之日起，就應(yīng)按新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，否則就違背了強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

　　三、節(jié)能降耗

　　城網(wǎng)用變壓器的節(jié)能降耗問題，歷來受到廣泛的重視。從上世紀(jì)七十年代開始，國家推行淘汰高耗能產(chǎn)品的政策，配電變壓器己歷經(jīng)2—3次大的升級換代過程，目前各種類型的干式和油浸變壓器都已接近國際較先進(jìn)的水平。但距高效節(jié)能的要求尚存在一定差距。目前國家出于對資源和環(huán)境保護(hù)的緊迫要求，正在制定一系列的電工產(chǎn)品強(qiáng)制節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和引導(dǎo)對高效節(jié)能電工產(chǎn)品的節(jié)能標(biāo)志認(rèn)證工作，并輔以一定的政策鼓勵(lì)。配電變壓器也不例外。在節(jié)能降耗工作中應(yīng)注意：

　　1、變壓器的節(jié)能降耗，必須以不犧牲產(chǎn)品運(yùn)行可靠性為前提。任何情況下，必須堅(jiān)持可靠性第一的思想，在兼顧產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)性能的前提下，進(jìn)一步降低損耗，提高產(chǎn)品性能指標(biāo)，避免過去曾出現(xiàn)過的升級換代產(chǎn)品動(dòng)穩(wěn)定性能下降，過勵(lì)磁能力和過載能力也有所降低的教訓(xùn)。

　　2、變壓器的節(jié)能降耗，必須堅(jiān)持重點(diǎn)突破的方針。首先解決量大面廣產(chǎn)品的節(jié)能降耗，帶動(dòng)同類產(chǎn)品的節(jié)能工作。例如配電變壓器節(jié)能是否需要全系列強(qiáng)制要求，還是通過調(diào)查，確定一個(gè)通用一般的系列段產(chǎn)品，例如小容量段的產(chǎn)品制定限制損耗的標(biāo)準(zhǔn)。向國外發(fā)達(dá)國家學(xué)習(xí)，高度重視小容量配電變壓器的標(biāo)準(zhǔn)化、通用性和互換性要求，以此帶動(dòng)其它產(chǎn)品的節(jié)能降耗設(shè)計(jì)。

　　3、變壓器的節(jié)能降耗必須兼顧低壓配電系統(tǒng)降低線損，減小電壓波動(dòng)，提高供電質(zhì)量的連帶效應(yīng)，決不能孤立的看待配變節(jié)能工作。標(biāo)準(zhǔn)對配變的小型化，密布點(diǎn)，限制供電半徑，降低低壓配網(wǎng)線損，改善供電質(zhì)量應(yīng)有正確的引導(dǎo)，除了大功率集中供電負(fù)荷需要之外，應(yīng)鼓勵(lì)建筑設(shè)計(jì)部門因地制宜地合理配置變壓器，在長期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、合理性和增大配電裝置一次性投資之間進(jìn)行綜合比較，改變現(xiàn)在配變單臺(tái)容量越選越大的不正常的狀況。

　　4、銅鐵損耗比問題，即變壓器負(fù)載和空載損耗比，是由變壓器的負(fù)載率決定的。一般而言，負(fù)載率低，銅鐵耗比應(yīng)增大：反之負(fù)載率高，銅鐵耗比應(yīng)減小，但這都是建立在矽鋼片材料性能不斷進(jìn)步的基礎(chǔ)之上。過去慣用的做法是搞兩個(gè)系列，一個(gè)系列適用于城網(wǎng)，負(fù)載率高：一個(gè)系列適用于農(nóng)網(wǎng)，負(fù)載率低。能否在同一系列中，把握城、農(nóng)網(wǎng)變壓器的典型容量不同的特點(diǎn)，選取不同銅鐵耗比的變壓器。即農(nóng)網(wǎng)采用的變壓器，由于居住分散，容量一般較小，負(fù)載率低，可采用銅鐵耗比大的變壓器，而城網(wǎng)用變壓器—般居住較集中，負(fù)載率較高，選用容量稍大而銅鐵耗相對比較小的變壓器。即系列容量低端和高端的變樂器不必強(qiáng)求采用統(tǒng)一的銅鐵耗比。

　　對變壓器損耗的評估，除有功損耗，即空載和負(fù)載損耗的總和之外，還應(yīng)考慮無功損耗。在這方面目前采用的鐵心多級接縫工藝，可將空載電流降至較低水下。卷鐵心變壓器空載電流也很低，具有一定優(yōu)勢。阻抗電壓一般變化不大，對無功損耗影響不大，可不予考慮。對變壓器而言，有功損耗所占比例較大，是影響變壓器損耗的主要方面。

　　5、在推出一個(gè)新的節(jié)能型變壓器系列來的時(shí)候，不能不考慮該系列各種不同容量規(guī)格產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的材料消耗問題，在節(jié)能的同時(shí)，也不能過份地增加材料的消耗，應(yīng)將單位容量的材料消耗量作為評價(jià)系列產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)指標(biāo)，進(jìn)行綜合考慮。且不應(yīng)單純追求材料性能指標(biāo)要求，減少對國外材料供應(yīng)商過份的依賴。

　　四、全密封變壓器

　　為減少配電變壓器運(yùn)行維護(hù)工作量，已有相當(dāng)部份的變壓器廠將油箱從扁管式散熱油箱或片式散熱器油箱改為波紋式散熱油箱或膨脹片式散熱器油箱，取消了油枕。其中波紋油箱采用帶氣墊或不帶氣墊兩種型式。變壓器研究所已制定了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，應(yīng)注意波紋油箱的吞吐量和油的膨脹量的協(xié)調(diào)一致的問題，不能讓油箱中產(chǎn)生過高的正壓或真空，否則在反復(fù)的正壓或真空作用下容易破壞運(yùn)行中變壓器的密封。而油箱的吞吐量與所使用的波紋片或膨脹片式散熱器的鋼板彈性有很大關(guān)系。如果達(dá)不到預(yù)期的吞吐量，就應(yīng)該采用適當(dāng)?shù)挠捅蛐∮驼韥聿糠盅a(bǔ)償液面的過份下降。對帶氣墊的全密封變壓器也應(yīng)注意油箱頂部結(jié)構(gòu)的密封狀況，以適應(yīng)長期運(yùn)行冷熱交替的考驗(yàn)。真正起到全密封的作用。

　　五、組件及材料

　　近年來，隨著改革開放的形勢發(fā)展，許多國外的先進(jìn)技術(shù)被引人，在變壓器的組件及材料方面也不例外。例如套管，分接開關(guān)，散熱器等組件和換位導(dǎo)線，紙絕緣材料，絕緣油等，已有不少國外廠商在國內(nèi)建廠生產(chǎn)、銷售。對變壓器組件及材料質(zhì)量提高起到了很大的推動(dòng)作用。除了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式之外，還有一些全新結(jié)構(gòu)的組件制造技術(shù)被引入，例如插拔式電纜終端套管，從10kV到110kV已成系列供貨等，無疑給我們提供了更多的選擇。就是一些小的組件，例如溫控器、氣體繼電器、油流計(jì)、油位計(jì)以及油泵、風(fēng)扇、壓力釋放閥等也有較好的產(chǎn)品被引進(jìn)。整體上提高了變壓器的內(nèi)在和外觀質(zhì)量水平。但不容否認(rèn)的是也有一些國內(nèi)的小廠在生產(chǎn)質(zhì)量低劣的組件及材料，例如灰粉和介損較高的絕緣紙，自粘性換位導(dǎo)線的自粘膠流淌，用再生油替代新絕緣油等。在目前市場價(jià)格競爭激烈的情況下，制造廠的贏利空間已經(jīng)很小，有的變壓器廠管理水平低，為了達(dá)到贏利的目的，不惜犧牲變壓器的長期運(yùn)行可靠性和使用壽命。造成良莠不分、以假亂真的局面。采用一些質(zhì)量低劣的組件和材料制成的變壓器，出廠例行試驗(yàn)照樣可以通過，而且在短期運(yùn)行中間題也不會(huì)馬上暴露。而一旦暴露，就有同類事故頻發(fā)的癥狀，對電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅，我們必須對此保持警惕。重視組件和材料標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)人廠檢驗(yàn)。

　　六、單相制供電和20kV高壓配網(wǎng)供電

　　日前國內(nèi)已有單相制供電和20kV配網(wǎng)供電的試點(diǎn)。單相制供電對于居住比較分散的別墅小區(qū)和度假村的供電較為有利。而20kV高壓配網(wǎng)供電對于城市改善電網(wǎng)規(guī)劃，電源結(jié)點(diǎn)，擴(kuò)大供電范圍是有利的。應(yīng)該說這兩項(xiàng)試點(diǎn)對變壓器制造業(yè)來說均無太大的難度。特別是單相三線制供電的單相變壓器，采用卷鐵心結(jié)構(gòu)，在節(jié)能降噪方面有較大優(yōu)勢。建議在新區(qū)建設(shè)中繼續(xù)擴(kuò)大試點(diǎn)范圍。

　　七、110kV變壓器局放試驗(yàn)

　　新的IEC標(biāo)準(zhǔn)和國標(biāo)規(guī)定，110kV油浸變壓器應(yīng)在感應(yīng)耐壓試驗(yàn)的同時(shí)增加局部放電測量要求，且把這作為變壓器出廠例行試驗(yàn)項(xiàng)目，逐臺(tái)進(jìn)行。這對控制變壓器產(chǎn)品的制造質(zhì)量，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和工藝水平是有利的。目前110kV變壓器廠都在積極開展這項(xiàng)過去不曾做過的試驗(yàn)。相信通過局部放電測量的變壓器產(chǎn)品將有更高的運(yùn)行可靠陛。供電部門也應(yīng)積極創(chuàng)造條件在交接驗(yàn)收試驗(yàn)中增加110kV變壓器局部放電測量的要求，以此控制變壓器的安裝質(zhì)量。

　　八、城網(wǎng)新型配電裝置

　　在城網(wǎng)供電用電器產(chǎn)品中，近年來引進(jìn)了很多新型配電變壓器類產(chǎn)品，例如箱式變電站和組合式變壓器，通稱歐式箱變和美式箱變。實(shí)際上美式箱變只是一種簡易組合的變壓器。還不具備箱式變電站的高低壓遠(yuǎn)方操作的功能。但它與環(huán)網(wǎng)開關(guān)和電纜分支箱組合在一起。可以構(gòu)成向小區(qū)供電的“積木式”供電網(wǎng)絡(luò)，在國外有成熟的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。國內(nèi)有些供電部門和制造廠一起，又開發(fā)了很多不同類型的簡易組合的箱式變電站產(chǎn)品，滿足各方面不同的需要，他們將這種產(chǎn)品稱為“中式箱變”。有自己的特點(diǎn)并能適應(yīng)國內(nèi)不同地域的需求。此外，還引進(jìn)了地埋式或半地埋式變壓器、箱變等，用于解決路燈等供電需要。干式變壓器也有澆注，纏繞和敝開通風(fēng)式等不同類型產(chǎn)品。新型供電設(shè)備的引進(jìn)和發(fā)展，滿足了城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)對電器產(chǎn)品多元化選擇的需要，但目前的狀況是標(biāo)準(zhǔn)的制定速度往往趕不上設(shè)備制造和技術(shù)引進(jìn)，應(yīng)盡快制定新產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)，弄清其使用性能及電網(wǎng)對它的特殊要求。