大慶油田35k V電力變壓器的降耗改造

王利國 梁安國 應俊 阮萬江（大慶油田電力集團實業(yè)公司）

大慶油田35k V電力變壓器的降耗改造

王利國 梁安國 應俊 阮萬江（大慶油田電力集團實業(yè)公司）

針對目前油田在用的294臺高耗能變壓器數(shù)量多、型號雜的情況，分析了35 k V油浸電力變壓器的絕緣結構和技術性能指標，依據(jù)高耗能變壓器性能數(shù)據(jù)，提出了節(jié)能技術改造方案，即通過增加變壓器繞組匝數(shù)和繞組線徑達到降耗的目的。變壓器降耗改造的結果分析表明，主變性能指標大幅度提高，每年可節(jié)約上千萬的電費；改造后的變壓器運行可靠性提高，提升了油田電網(wǎng)的供電質(zhì)量。

35 k V級變壓器 高耗能 節(jié)能改造 經(jīng)濟效益分析 改進方案

目前，大慶油田電網(wǎng)中運行的35 k V變壓器損耗大、能源浪費嚴重、鋁線圈繞組抗沖擊性能差，屬于國家電網(wǎng)節(jié)能減排內(nèi)容之一。對高耗能變壓器進行改造，使之成為S9型或更優(yōu)的S10型、S11型節(jié)能變壓器，達到最佳的節(jié)能改造效果[1,2]。

1 降耗改造的理論依據(jù)

G B/T6451—2008《三相油浸式電力變壓器技術參數(shù)和要求》中的性能參數(shù)為S9系列。其主要特點如下：

1）在高壓繞組端部加裝角環(huán)，線圈高度增加25mm左右。

2）高、低壓線圈之間的絕緣，由原來的厚紙筒大油隙設計理論，改為薄紙筒小油隙、小體積分割設計理論。高、低壓線圈之間的絕緣距離減小了9mm左右。

3）將線圈的橫向油道改為縱向油道，減小了油流流動阻力，提高了散熱效率。

以上3個特點提高了鐵芯窗口的填充系數(shù)，大大降低了原材料消耗和變壓器自身損耗，也節(jié)約了變壓器的制造成本和運行成本?？梢奡9系列充分體現(xiàn)了節(jié)能型產(chǎn)品既“節(jié)能”又“節(jié)材”的雙重內(nèi)涵，是變壓器發(fā)展歷程中的又一次大變革。

改進前后的35k V變壓器主絕緣結構見圖1、圖2。

35k V電力變壓器降耗改造,主要對線圈部分重新設計制作，保留變壓器原有鐵芯、油箱等部分，并對部分鋼結構件進行改進以加強機械強度和穩(wěn)固性，使高能耗變壓器的主要性能指標（空載損耗、負載損耗和阻抗電壓）達到低能耗變壓器的指標要求[3]。

據(jù)文獻公式[4]得出：當鐵芯利舊，材質(zhì)不變、結構尺寸不變的情況下，降低空載損耗，即降低鐵芯柱工作磁密，必須增加變壓器線圈額定匝數(shù)，空載損耗降低幅度越大，匝數(shù)增加越多。

另外，變壓器負載損耗與線圈額定匝數(shù)成正比，與銅導線面積成反比；匝數(shù)越多，銅導線面積越小，負載損耗越高。因此，雖然匝數(shù)增多會降低空載損耗，但同時也將提高負載損耗，必須依靠增大線圈導線截面積來控制負載損耗的提高。線圈導線截面積增加形成的線圈半徑增大必然會增加漏磁。

由阻抗電壓電抗分量公式[4]得出：阻抗電壓電抗分量與線圈匝數(shù)的平方成正比，與漏磁成正比，與線圈電抗高度成反比。線圈匝數(shù)增加越多，漏磁（主絕緣距離漏磁空道等幅向尺寸）越大，電抗高度增加越少，阻抗電壓電抗分量增長越快。

綜合上述理論分析可知，變壓器的主要性能指標，即空載損耗、負載損耗和阻抗電壓與線圈匝數(shù)、線圈高度、主絕緣距離等變量相關，然而這些變量的作用結果往往是相互矛盾的，比如匝數(shù)增加會降低空載損耗，但同時也將增大負載損耗和阻抗電壓。因此，降耗設計中增加匝數(shù)的同時，必須合理地增加軸向線圈高度、縮小幅向線圈半徑，提高現(xiàn)有鐵芯窗口空間的利用率，使諸多變量處在某一平衡點，才能保證空載損耗、負載損耗和阻抗電壓同時達到S9、S10、S11系列技術指標的要求。

電磁設計的過程就是對應S9、S10、S11系列技術指標要求，尋找各變量最佳作用平衡點的過程。S9型35 k V電力變壓器主絕緣結構和縱向油路連續(xù)式線圈技術提高了電抗高度，縮小了絕緣距離，增加了鐵芯窗口的利用率，為高耗變壓器改成低耗變壓器提供了合理增加線圈匝數(shù)所必需的繞制空間。在滿足空載損耗的同時，負載損耗和阻抗電壓也同時達到S9、S10、S11系列標準要求。

由于S10、S11系列還沒有成型的國家標準值，現(xiàn)以行業(yè)標準JB/T 3837《變壓器類產(chǎn)品型號編制方法》及2009年發(fā)布的《變壓器類產(chǎn)品型號注冊管理辦法》（試行）為基本技術依據(jù)，執(zhí)行該標準中的性能水平要求（表1）。

表1 三相油浸式電力變壓器性能水平代號的確定

2 降耗改造

優(yōu)先考慮既升容又節(jié)能的改造形式，受變壓器原有條件限制，不能升容的，努力改成S11型或S10型，條件最差的也要改成S9型，使電網(wǎng)運行的變壓器節(jié)能水平總體上有較大幅度的提升。

將變壓器從變電所運回主變，檢前試驗，然后放油、解體，包括對變壓器器身解體：斷開引線；拆除上夾件；拆除上軛鐵；拆除上壓板及端絕緣；拆除高壓線圈；拆除低壓線圈。

下面是操作要點：

1）鐵芯結構不變，鐵芯端面涂固化絕緣7110，起到固化和降噪的作用。

2）高、低壓繞組均為新型連續(xù)式。內(nèi)繞組繞制在硬紙筒上，鐵芯與低壓繞組之間采用新的撐緊方式，形成實體硬固定結構，提高內(nèi)繞組穩(wěn)定性，防止失穩(wěn)變形；高壓繞組上、下端部線餅使用成型角環(huán)，同時內(nèi)、外繞組采用新的薄絕緣、小油隙結構，提高鐵芯窗口的填充系數(shù)，降低材料消耗。

3）高、低壓繞組中設置有軸向油道，有利于散熱，可降低銅油溫差。

3 改造效果分析

根據(jù)年耗電成本公式及相關的性能指標分別對改造前后產(chǎn)品的年運行成本進行了計算：

◇升容量改造后S9型耗電費用平均降低6.9%（3.95元/k VA）；

◇同容量改造后S11型耗電費用平均降低12.3% （7.1元/k VA）；

◇同容量改造后S10型耗電費用平均降低9.9%（5.2元/k VA）；

◇同容量改造后S9型耗電費用平均降低7.4%（4.2元/k VA）。

同容量的1臺8000k VA主變進行分析，1臺S9型升容降耗改造變壓器可以降低年運行成本31600元；同容量改造后S11型降低年運行成本56800元；同容量改造后S10型降低年運行成本41600元；同容量改造后S9型降低年運行成本33600元。

經(jīng)黑龍江省權威試驗中心審定，改造后的變壓器降耗達14.75%。

4 改造效果驗證

改造后總體指標達到G B1090.1~2—1999、G B1094.3~5—2003《電力變壓器》的要求，S9型性能指標達到國家標準G B/T6451—2008的規(guī)定，S10型、S11型達到行業(yè)標準JB/T 3837《變壓器類產(chǎn)品型號編制方法》及2009年發(fā)布的《變壓器類產(chǎn)品型號注冊管理辦法》（試行）的規(guī)定。

通過對變壓器試驗測試的方法來進行指標驗證，試驗項目按變壓器出廠項目要求進行，包括空載、短路、工頻耐壓、感應耐壓、絕緣、變比、油化驗等。

由于變壓器出廠試驗項目對電源容量、質(zhì)量和試驗設備有很多特殊要求，如短路試驗必須由大容量電源支持，感應耐壓[5]試驗必須有大容量100~200H z中頻發(fā)電機組支持，因此，出廠試驗不能采取現(xiàn)場測試的方法，必須在專業(yè)制造廠進行。

5 結論

1）主變性能指標大幅度提高，每年可節(jié)約上千萬的電費。

2）用材少，初期投入小，且使用壽命等同于全新的變壓器。

3）改造后的變壓器運行可靠性提高，噪音低，諧波含量少，進一步提升了油田電網(wǎng)的供電質(zhì)量。

[1]G B 1097.3-電力變壓器（第3部分）:絕緣水平.絕緣試驗和外絕緣空氣間隙[M].北京:中國標準出版社,2003.

[2]《變壓器裝配工藝》編委會.變壓器裝配工藝[M].2版.北京:機械工業(yè)出版社,2009．

[3]王炬,李云閣,曹曉瓏.變壓器倍頻感應加壓的電壓測量研究[J].電工技術學報,2004,19（11）:56-60．

[4]謝毓城.電力變壓器手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2003．

[5]任峰.大型變壓器倍頻感應耐壓試驗方法[J].冶金動力,2004,105（5）:1-6．

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.04.012

王利國，1990年畢業(yè)于大慶石油學院，工程碩士，高級工程師，研究方向：電氣工程及其自動化，E-mail：s0506279@sina.com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區(qū)中央大街南段214號， 163454。

2012-01-13）