應(yīng)用于20kV電網(wǎng)的變壓器改造可行性探討

唐 昕，周錫忠

（嘉興電力局，浙江 嘉興 314033）

隨著地區(qū)電網(wǎng)用電負(fù)荷的劇增和可用土地面積的約束，10kV配電網(wǎng)供電半徑偏小、供配電能力不足、供電可靠性較差等問題逐漸顯現(xiàn)。20kV配電網(wǎng)在負(fù)荷密度大、線路長的情況下，在增大輸送容量、降低網(wǎng)損等方面效益十分顯著。根據(jù)目前嘉興電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和負(fù)荷情況，在現(xiàn)有10kV電網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行20kV改造尤為必要。

由于通用變壓器無20kV電壓等級(jí)，配網(wǎng)引入20kV電壓等級(jí)后，就涉及變壓器改造問題，從技術(shù)角度分析是完全可行的。由于各變壓器廠生產(chǎn)的變壓器在結(jié)構(gòu)、選材、工藝等方面不盡相同，要針對(duì)每臺(tái)的具體情況制訂不同的改造方案。下面就20kV電網(wǎng)中對(duì)變壓器進(jìn)行改造的可行性作一探討。

1 20kV系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇

變壓器改造是利用一定存量或原有的變壓器，對(duì)低壓繞組進(jìn)行20kV升壓改造。首先需確定20kV系統(tǒng)中性點(diǎn)的接地方式，它關(guān)系到改造后變壓器接線組別的選擇。

電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式，直接影響到系統(tǒng)的絕緣水平、運(yùn)行的安全可靠性和電力設(shè)備的造價(jià)。因此，20kV系統(tǒng)中性點(diǎn)采取何種接地方式，是一個(gè)綜合性的經(jīng)濟(jì)技術(shù)問題，要全面分析。

中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地電網(wǎng)與中性點(diǎn)不接地電網(wǎng)相比，在消除間歇電弧過電壓、自動(dòng)檢出故障線路、預(yù)防諧振過電壓等方面有其優(yōu)勢(shì)；與經(jīng)消弧線圈接地電網(wǎng)相比，在故障線路快速切除、自動(dòng)重合閘方面有其優(yōu)勢(shì)。為確保20kV設(shè)備的安全可靠運(yùn)行，建議20kV系統(tǒng)中性點(diǎn)采用小電阻接地方式。其優(yōu)點(diǎn)有：

（1）降低了20kV系統(tǒng)的過電壓水平，特別是避免了小電流接地系統(tǒng)中弧光接地過電壓對(duì)設(shè)備的危害，有利于設(shè)備絕緣配合。

（2）小電阻接地方式不會(huì)引起系統(tǒng)中性點(diǎn)不平衡電壓的放大，進(jìn)而造成系統(tǒng)虛假接地現(xiàn)象。相應(yīng)減少了鐵磁諧振過電壓發(fā)生的概率。

（3）降低新設(shè)備造價(jià)，減少了利用舊設(shè)備升壓改造的投資。

缺點(diǎn)是20kV線路跳閘率會(huì)相應(yīng)提高。對(duì)此，應(yīng)相應(yīng)提高重合閘動(dòng)作的可靠性。

2 220kV與110kV主變改造

2.1 220kV主變改造

嘉興電力局目前運(yùn)行的220kV主變有2種類型，即：三繞組變壓器和自耦式變壓器。三繞組變壓器的接線組別為YN ynO d11；自耦式變壓器的接線組別為YN a0.ynO+d。可返廠進(jìn)行如下改造：

（1）取消35kV繞組，將相應(yīng)的35kV繞組改造為20kV繞組。為了滿足接線組別的要求，相應(yīng)增加1個(gè)10kV平衡繞組，同時(shí)進(jìn)行上節(jié)油箱改造。

（2）將三繞組變壓器的接線組別改造為YN ynO yn+d11，即220，110和 20kV繞組為星形接線，另增加1個(gè)10kV平衡繞組成三角形接線。

自耦式變壓器的接線組別改造為YN a0.ynO+d11，即220，110和 20kV繞組為星形接線，另增加1個(gè)10kV平衡繞組成三角形接線。

（3）改造后變壓器各側(cè)繞組的額定容量比建議采用： 100%/100%/（40%～60%）/（25%～30%）。

2.2 110kV主變改造

嘉興電力局目前運(yùn)行的110kV主變有2種類型，即：三繞組變壓器和二繞組變壓器。三繞組變壓器的接線組別為YN ynO d11，電壓比為：110/35/10kV；二繞組變壓器的接線組別為YN d11，電壓比為：110/10kV。

（1）二繞組變壓器中取消10kV繞組，增加20kV繞組。三繞組變壓器中取消35kV繞組及10kV繞組，增加20kV繞組。

（2）改造后的變壓器接線組別均為YN ynO+d11，即110kV和20kV繞組為星形接線，另增加1個(gè)10kV平衡繞組成三角形接線。

（3）改造后變壓器各側(cè)繞組的額定容量比建議采用：100%/100%/100%。

2.3 改造方案的優(yōu)、缺點(diǎn)分析

上述變壓器改造方案的優(yōu)點(diǎn)有∶一是取消了接地變，能有效防止接地變故障跳閘后，因失去小電阻而改變了系統(tǒng)的接地方式，危及安全運(yùn)行故障的發(fā)生。二是引入了10kV繞組可以起到2個(gè)作用：20kV升壓改造過程中，可以對(duì)未經(jīng)改造的10kV線路繼續(xù)供電（或?qū)Χ唐诖嬖诘?0kV和20kV混供區(qū)供電）；全部20kV升壓改造工作結(jié)束后，可作平衡繞組使用。

缺點(diǎn)：由于低壓繞組改造，必須拔出高、低壓線圈（低壓線圈換成20kV線圈）。高壓線圈存在絕緣損壞，線圈間焊接點(diǎn)增加而局部溫升高的風(fēng)險(xiǎn)；矽鋼片拆裝過程中可能會(huì)存在矽鋼片局部受損的情況，造成局放量增大；由于變壓器器身幾何尺寸整體基本不作變動(dòng)，因此，其阻抗電壓變化不大。與同類型新變壓器（20kV）比較，空載損耗要增大。

上述問題可以通過擇優(yōu)委托變壓器廠家；嚴(yán)格制定變壓器改造的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；加強(qiáng)駐廠監(jiān)造和出廠驗(yàn)收等手段來進(jìn)行掌控。

3 10kV配變改造

3.1 油浸式普通配變改造

由于10kV油浸式普通配變受鐵芯窗口、絕緣距離和油箱尺寸等因素限制，同時(shí)考慮到主絕緣溫升、阻抗電壓、損耗之間的制約關(guān)系。在這些參數(shù)的性能指標(biāo)滿足國標(biāo)要求下，實(shí)現(xiàn)10kV配變升壓到20kV的可行辦法是：降低原有配變?nèi)萘?。即：油浸式普通配變升壓減容改造。據(jù)初步分析減容幅度約為原配變的30%左右。改造內(nèi)容∶

（1）高、低線圈更換，即升壓減容。由于10kV配變高、低壓線圈是采用一體式繞制的工藝，無法單獨(dú)更換高壓線圈；并且，低壓線圈同時(shí)更換，可節(jié)省鐵芯窗口的空間。

（2）適當(dāng)增加鐵芯截面。即增加部分矽鋼片，達(dá)到減少損耗、降低空載電流的目的，以保證變壓器不出現(xiàn)過勵(lì)磁。

（3）油箱大蓋更換。滿足20kV套管相間距離。

3.2 方案的優(yōu)、缺點(diǎn)

升壓減容改造原有10kV配變，充分利用了原有設(shè)備資源。但是其改造費(fèi)用較大；設(shè)備容量降低；空載損耗增大；噪聲水平提高。對(duì)此，可以通過以下手段進(jìn)行控制∶

（1）采購少量大容量20kV配變，進(jìn)行大、小容量20kV配變逐級(jí)替換解決，或利用35kV主變降壓改造為20kV大容量配電變壓器。

表1 變壓器改造及新購變壓器的費(fèi)用對(duì)比

（2）嚴(yán)格變壓器改造的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

（3）加強(qiáng)設(shè)備出廠驗(yàn)收。

干式變壓器可以升壓改造，方案基本同油浸式普通配變。

3.3 卷鐵芯配變

卷鐵芯配電變壓器由于結(jié)構(gòu)因素，高、低壓線圈無法抽出鐵芯，一般情況下無法進(jìn)行升壓減容改造。如果改造廠具備對(duì)卷鐵芯配電變壓器高、低壓線圈拆除條件，其改造方案與油浸式普通配變相同。

4 綜合經(jīng)濟(jì)分析

不同電壓等級(jí)的變壓器，改造費(fèi)用所占變壓器原價(jià)比例如下。

（1）220kV變壓器返廠改造費(fèi)用（三圈變和自耦變同視）為現(xiàn)有變壓器價(jià)格×（20%～25%）。

（2）110kV變壓器返廠改造費(fèi)用為現(xiàn)有變壓器價(jià)格×（25%～28%）。

（3）10kV配電變壓器（油浸式）返廠改造費(fèi)用為現(xiàn)有配電變壓器價(jià)格×（50%～65%）。

各電壓等級(jí)變壓器改造和新購費(fèi)用比較見表1。因變壓器制造廠在選材、設(shè)計(jì)及工藝方面的差異，新變壓器價(jià)格僅供參考。

5 結(jié)語

根據(jù)嘉興電網(wǎng)的現(xiàn)狀和遠(yuǎn)景規(guī)劃，對(duì)變壓器20kV改造的可行性進(jìn)行了探討，重點(diǎn)分析了變壓器改造中的問題和解決方案；同時(shí)對(duì)改造變壓器及新購變壓器進(jìn)行了綜合經(jīng)濟(jì)比較。變壓器20kV改造需根據(jù)實(shí)際情況做針對(duì)性分析，以確保改造方案的科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、可行。

[1] 李岳，王曉弘，李樹平，等.中壓配電網(wǎng)采用20kV電壓等級(jí)的探討[J].黑龍江電力，2008，（6）∶409-414.