110kV變壓器設(shè)計(jì)的創(chuàng)新

張秋英　黃英曉　李競(jìng)天

摘 要：隨著科技的飛速發(fā)展，人類對(duì)電力的依賴越來越大，用電量的逐年增加，導(dǎo)致變壓器的需求越來越多，負(fù)荷越來越重，變壓器超負(fù)荷運(yùn)行加劇了變壓器的老化，使電力行業(yè)的安全與穩(wěn)定受到嚴(yán)重威脅。同時(shí)為了迎合國家“節(jié)能降耗”的號(hào)召和用戶對(duì)變壓器的高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求，變壓器廠家投入了大量的人力物力對(duì)變壓器產(chǎn)品進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，來滿足市場(chǎng)的需求。

關(guān)鍵詞：變壓器；設(shè)計(jì)；創(chuàng)新措施

電力系統(tǒng)中最重要的電氣設(shè)備之一是電力變壓器，保持變壓器正常、安全穩(wěn)定運(yùn)行是維護(hù)電力系統(tǒng)至關(guān)重要的措施。而對(duì)變壓器廠家而言，科學(xué)合理的變壓器設(shè)計(jì)是變壓器安全、穩(wěn)定運(yùn)行的保障。文章通過總結(jié)和分析有針對(duì)性地提出了幾點(diǎn)創(chuàng)新、優(yōu)化和改善變壓器設(shè)計(jì)的有效措施和方案。

1 創(chuàng)新前110kV級(jí)變壓器存在的主要問題

通過對(duì)用戶的追蹤回訪發(fā)現(xiàn)，以前的變壓器主要問題體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）噪聲大。（2）損耗高。（3）局部放電量大?？偟膩碚f變壓器屬于那種“傻、大、笨、粗”，非常的不經(jīng)濟(jì)。

2 110kV級(jí)變壓器的創(chuàng)新措施

（1）隨著變電站越來越靠近居民區(qū)以及現(xiàn)代人們對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，噪聲作為一種污染源也逐漸為人們所注意，因此低噪聲變壓器成為越來越多用戶的首選。變壓器噪聲包括本體噪聲和冷卻裝置噪聲兩種。我們除了減小變壓器本體噪聲和冷卻裝置噪聲外，還可以采取隔聲或者消聲措施，以阻止噪聲的向外傳播。

a.降低本體噪聲：從設(shè)計(jì)方面，我們一般選取磁致伸縮小的硅鋼片；降低變壓器鐵心的工作磁通密度；采用45°全斜接縫；箱壁內(nèi)灌沙減小噪聲；采用先進(jìn)的加工工藝保證鐵心疊片的平直和緊固，比如采用拉板鐵心結(jié)構(gòu)和聚酯打包帶綁扎鐵心，鐵心表面刷漆固定，有效保證鐵心的夾緊力，另外在鐵心墊腳與箱底連接處放置復(fù)合墊腳絕緣（如圖），使其減小噪聲的向外傳遞。

b.降低冷卻裝置噪聲：一般在滿足冷卻容量的情況下盡量選擇轉(zhuǎn)數(shù)低的風(fēng)扇冷卻裝置和在散熱器上裝設(shè)防振支架。針對(duì)油浸式變壓器冷卻風(fēng)扇的震動(dòng)問題，可將風(fēng)扇葉輪動(dòng)平衡，并加固螺栓，從而提高風(fēng)扇的穩(wěn)定性、消除支撐起伏，起到降低噪音的作用。

（2）隨著國家對(duì)于節(jié)能降耗的大力提倡，精明的用戶把經(jīng)濟(jì)賬算得越來越細(xì)，一次高投入，可以減少以后每天的用電消費(fèi)，所以現(xiàn)在的用戶非常注重對(duì)低損耗的要求。變壓器損耗包括空載損耗、負(fù)載損耗和雜散損耗。這里重點(diǎn)說一下雜散損耗和負(fù)載損耗中的附加損耗。

a.對(duì)油箱及其結(jié)構(gòu)件中雜散損耗的控制是各變壓器廠家的設(shè)計(jì)能力與工藝制造能力的共同體現(xiàn)?？刂坪秒s散損耗不僅能避免危險(xiǎn)的局部過熱，還能使變壓器在保證負(fù)載損耗的同時(shí)在材料成本上有一個(gè)很大的降低，因此雜散損耗是各變壓器廠家研究的重點(diǎn)。

對(duì)于油箱中雜散損耗的控制，我們主要是通過在油箱內(nèi)壁鋪設(shè)磁屏蔽，利用硅鋼片的高導(dǎo)磁性，從而使漏磁力線進(jìn)入磁屏蔽形成回路，避免了漏磁進(jìn)入鋼板材料的箱壁增加損耗和形成過熱。而對(duì)于大電流引線周圍的箱壁則主要通過鋪設(shè)銅板或鋁板的電屏蔽，利用銅板或鋁板的渦流反作用，從而阻止漏磁進(jìn)入箱壁，避免損耗的增加和箱壁的過熱?？紤]到成本和可操作性，有時(shí)也會(huì)通過增加油箱到繞組的距離來減少進(jìn)入油箱壁的漏磁通。比如某臺(tái)SZ-63000/110變壓器，通過計(jì)算得知，未鋪設(shè)磁屏蔽時(shí)油箱里的漏磁通密度0.43T；而鋪設(shè)磁屏蔽后油箱里的漏磁通密度0.04T。由這兩個(gè)數(shù)據(jù)來看，鋪設(shè)磁屏蔽對(duì)減少油箱壁里漏磁通的效果是相當(dāng)顯著的。

b.負(fù)載損耗中除了直阻損耗外還有相當(dāng)份量的附加損耗存在，它包括導(dǎo)線的渦流損耗和環(huán)流損耗。渦流損耗的大小與通過導(dǎo)線的漏磁通密度的平方和與漏磁通垂直方向上的導(dǎo)線的尺寸成正比。合理選取導(dǎo)線規(guī)格可以有效降低繞組渦流損耗。而環(huán)流損耗則可以通過對(duì)并聯(lián)導(dǎo)線的換位得到改善。

這里重點(diǎn)說一下渦流損耗，由于渦流損耗的大小與通過導(dǎo)線的漏磁通密度的平方和與漏磁通垂直方向上的導(dǎo)線的尺寸成正比，我們只需在承受短路能力允許的情況下減小導(dǎo)線規(guī)格即可。應(yīng)運(yùn)而生的就是換位導(dǎo)線得到了廣泛應(yīng)用，它的小線規(guī)正好迎合了我們減小渦流損耗的要求，有效地降低了繞組的渦流損耗，在質(zhì)量得到提升的情況下減少了材料成本。當(dāng)然由于換位導(dǎo)線制造廠家對(duì)換位導(dǎo)線換位節(jié)距的要求，并不是任何變壓器都可以采用換位導(dǎo)線，對(duì)于40000kVA及以上的變壓器采用基本是沒有阻力的。表1中為某型號(hào)為SZ-50000/110變壓器低壓采用普通導(dǎo)線和換位導(dǎo)線時(shí)的渦流損耗計(jì)算值的對(duì)比，可以看出采用換位導(dǎo)線對(duì)于減小導(dǎo)線的渦流損耗效果是非常明顯的。

（3）對(duì)變壓器局部放電量進(jìn)行控制。變壓器的絕緣設(shè)計(jì)除了使用絕緣油外還使用絕緣紙，但長期處于高溫和工作電壓的作用下，由于設(shè)計(jì)或制造的原因，會(huì)使某些區(qū)域的電場(chǎng)過于集中，在此電場(chǎng)集中的地方，就可能使局部絕緣（油隙或固體絕緣）擊穿或沿固體表面放電。如果高電壓設(shè)備的絕緣在長期工作電壓的作用下，就產(chǎn)生了局部放電，并且局部放電不斷發(fā)展，就會(huì)造成絕緣的老化和破壞，而會(huì)降低絕緣的使用壽命，從而影響電氣設(shè)備的安全運(yùn)行。為了使高電壓設(shè)備安全運(yùn)行，必須對(duì)絕緣中的局部放電進(jìn)行測(cè)量和控制，保證其在允許的范圍內(nèi)，以保證變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

引起局部放電的原因一般有兩個(gè)：一是變壓器中存在局部電場(chǎng)強(qiáng)度集中的地方，從而引起放電；另一個(gè)是絕緣材料或油中存在氣體，在高電壓作用下產(chǎn)生放電。

為減小放電，從結(jié)構(gòu)方面：我們要避免電場(chǎng)過于集中，適當(dāng)增加覆蓋層，用于均勻電場(chǎng)；從工藝方面：保持生產(chǎn)車間潔凈的環(huán)境，先進(jìn)的工藝有效地保證了變壓器器身的潔凈度，避免灰塵，雜質(zhì)和氣泡，水分等因素對(duì)變壓器的局部放電性能造成的影響，還有產(chǎn)品內(nèi)部金屬接地部件之間，導(dǎo)電體之間電氣連接必須良好，這些保障，都能有效地避免局部放電的發(fā)生。

3 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，國家經(jīng)濟(jì)也發(fā)展迅猛，國家用電量快速增加，增加了變電器的負(fù)荷量，特別是在全球變暖的情況下，夏季的用電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一般變壓器的負(fù)荷量。為應(yīng)對(duì)急劇上升的用量需求，構(gòu)建節(jié)能化的電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)十分必要，利用高新技術(shù)，以變電站為電網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)，通過變壓器的樞紐作用，提高電網(wǎng)的承載力，從而提高送電量。在節(jié)能電網(wǎng)普及下，對(duì)變壓器進(jìn)行創(chuàng)新、優(yōu)化和改造勢(shì)在必行，因?yàn)樽儔浩鲝V泛應(yīng)用于供電企業(yè)、工礦開采企業(yè)、煤炭生產(chǎn)企業(yè)以及各種電力公司，是基礎(chǔ)電力設(shè)備。因此對(duì)比不同類型油浸式變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，取其精華、去其糟粕，從而集眾家之所長設(shè)計(jì)出高效節(jié)能的變壓器，實(shí)現(xiàn)節(jié)能電網(wǎng)的目標(biāo)。

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