应用广泛的干式配电变压器
作者:上海怡珠电气有限公司时间:2010-10-14 12:52:32 我要发布
今天,可以这样说,中国人制造出的干变,已经基本上解决了变压器噪声扰民的问题,受到设计单位及广大客户的欢迎;同时,还可以这样说,中国人制造出的干变,噪声已达到世界先进水平。
2. 设计选型及工程应用
2.1 超铭牌运行能力
在应急情况下,变压器的实际运行负载能力可超过其额定容量,具有较强的超铭牌负荷运行能力。SC(B)10系列产品,当环境温度20℃时,可长期过载1.16倍。若需过载1.5倍,其过载时间必须限定在30~60分钟以内(参见图1);或投入风机,使变压器在强迫风冷状态下运行,可持续1.5倍过载运行。
工程实践中,设计院工程师常提出这样的问题――干式变压器风冷时能否在1.5倍Se(额定容量)下长期运行? ①.首先,可以肯定地说:干式变压器风冷状态下,具有在1.5Se下长期运行的能力;②.变压器能否实际运行在1.5Se情况下,关健决定于变压器高低压进出口总开关及母线(排)的配置。进出口总开关若不能承载如此大的负载,变压器自然无法运行在1.5Se的负载下。通常,设计院是按变压器的额定容量Se来选配高低压开关、母线等输入输出设备元件的,此时若出现强过载,这些元件将无法承接而跳闸。当需要利用干变的过负载能力时,上述元件的选配就必须与其过负载能力相匹配。③.此种运行状态是不经济、不合理的。由于负载损耗与电流平方成正比,使其损耗大而效率降低;④.阻抗电压大,且风机寿命不长;⑤.此时必须严密监视变压器的运行温度,绝不能使其超过额定温度!
综上所述,对这一问题的回答是:强迫空气冷却(AF)时,正常使用条件下,变压器容量可提高50%,适用于各种应急过负荷或断续过负荷运行;变压器能否实际运行在1.5Se情况下,关健决定于变压器高低压进出口总开关及母线(排)必须与其过负载能力相匹配;不推荐强迫风冷时、长时间连续过负荷运行;此时,必须严密监测变压器的运行温度,绝不允许超过其额定温度!
在工程实践中,如何充分利用干式变压器的超铭牌运行能力呢?笔者曾在有关论文中提出过两点参考意见(①可以在计算、选配容量时,根据负载性质及重载时间段,适当减小变压器容量;②可减少备用容量或备用台数),得到设计和使用单位的赞同和应用。我们期望充分而合理的利用其超铭牌运行能力,节省建设资金。
2.2 温度控制系统
SC(B)10系列干变配备有完整的温度保护控制系统,为其安全运行提供可靠保障,参见图2。
2.2.1 温度显示系统
通过预埋在低压绕组热点处的Pt100热敏铂电阻测取温度变化值,直接显示各相绕组温度,还可将最高温度以4~20mA模拟量输出;若需传输至远方计算机,可加配计算机接口RS485/RS232C.
2.2.2 风机自动控制
在低压绕组热点处预埋有Pt100热敏电阻测取温度信号。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,通常可整定为90℃)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,通常可整定为80℃)
时,系统自动停止风机,实现了由变压器的运行温度自动控制风机冷却系统,能减轻事故对变压器的损害。即使是正常运行的变压器,适时手动投入强迫风机冷却系统,也是很有益处的。它既能降低变压器温升,又可延长其使用寿命。
2.2.3 超温报警、跳闸
通过预埋在低压绕组中的PTC非线性热敏电阻采集绕组或铁心温度信号。当变压器绕组运行中温度升高,若达到某一高温值(此值可根据需要调整,通常整定在140℃),系统输出超温报警信号;若温度继续上升达某一高温值(此值也可根据需要进调整、通常整定在150℃),变压器已不能继续运行,即向二次保护输送超温跳闸(无源开关量)信号,使变压器电源开关迅即跳闸。
该系统的超温报警和超温跳闸,也可由Pt100热敏传感信号按上述超温值整定而动作,运行变压器有了双重信号保护,进一步提高了变压器温控保护系统的可靠性。
2.3 干式变压器的防护方式
过去变电站采用油浸变压器,无论变压器安装在户外或装于室内,都是不另加防护外壳的。如今选用干式变压器时,不少设计院工程师往往也不加防护外壳;有的仍将干变置于单独的房间里,也不加防护外壳。这就使得在工程实践中常出现一些意外事故:老鼠、猫、蛇、野兔子等小动物的攀爬,而造成变压器短路的故障时有发生——一旦停电,对生产和人民生活造成的影响则是巨大的。
因此,对干式配电变压器应加装防护外壳:
⑴.对于置于单独变压器室的干变,加装防护外壳后运行十分安全——这对电力系统来说是第一位的!这里需要说明的是,干式变压器是不要求单独设置变压器室的,它因为没有油、也就不存在燃烧爆炸及环境污染的问题,故近年颁布实施的规程规范均明确规定:“不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器,可设置在同一房间内。”
⑵.对于置于高低压配电室的干变,加装防护外壳既美观整齐、又安全可靠。
⑶.变压器若采用与低压配电屏相配套的侧向出线,那么变压器的母排出线就可直接同低压配电屏相贯通连接,这将使配电室空中看不到母排或走母排的桥架,使整个高、低压配电室更为整齐美观。
⑷.对于置于户外的干式变压器,则必须加装防护外壳后才能运行。
干式配电变压器应加怎样的防护外壳呢?
室内,通常多采用IP20的标准防护外壳,它可防止直径大于12mm的固体异物进入,为带电部分提供安全屏障。此种防护的实质含意是什么?其一是防止人体手指进入;其二是防止一些小动物(如老鼠、猫、蛇、野兔子等)的闯入,确保用电安全不出事。
若需进一步防止与垂直线成60°角以内的水滴入,则可选用户内使用的IP23外壳。
用于室外的干式变压器,必须防止与垂直线成60°角以内的水滴入,则可选用户外使用的IP23外壳,其外壳防护必须按户外的使用要求专门设计。
要提醒大家注意的是:IP23外壳会使变压器散热能力下降,这将导致变压器需降低容量使用:变压器容量较小的下降约5%,容量较大的下降约10%。而室内IP20的标准防护外壳,是不需降低容量运行的。
2.4 配电变压器的联结组别
国标GB50052-95《供配电系统设计规范》第六章低压配电中第6.0.7条明确阐述:“在TN及TT系统接地型式的低压电网中,宜选用Dyn11结线组别的三相变压器作为配电变压器。”
为什么配电变压器宜选用Dyn11联结呢?首先,有利于抑制高次谐波电流; 第二,有利于单相接地短路故障的切除;第三,能充分利用变压器的设备能力。
Dyn11结线方式的变压器,对中性线电流没有限制,可达变压器低压侧之线(相)电流,从而能充分利用变压器的容量、发挥其设备能力,尤其适宜以单相负荷为主而出现三相不平衡的配电变压器。
2.5 配电变压器安装及接口配合
由中国纺织工业设计院主编、顺德特种变压器厂协编的国家建筑标准设计图集《99D268干式变压器安装》,向电气设计工程师提供了适用于各种场所的干式变压器布置、安装方式。干式变压器因没有油,也就没有火灾、爆炸、污染等问题,故GB 50053—94<<10KV及以下变电所设计规范>>中第4.1.3条明确指出:“不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器,可设置在同一房间内。”“具有符合IP3X 防护等级外壳的不带可燃性油的高、低压配电装置和非油浸的电力变压器,当环境允许时,可相互靠近布置在车间内。”特别是新系列配电变压器,其损耗和噪声降到了新的水平,更为变压器与低压配电屏置于同一配电室内创造了条件。受到客户、设计单位的欢迎和普遍选用。提请注意:(1) 国标图集中所列产品为老SC(B)9系列 ,目前市场上新的SC(B)9和SC(B)10系列干式变压器的结构尺寸较老SC(B)9系列有所调整,选用《99D268干式变压器安装》国标图集中相关配合接口时,有关尺寸应予以相应变更。(2) 干式变压器现场安装就位后,即卸去小车轮,其相关尺寸应注意对应的是去轮后的情况。
2.5.1 低压标准封闭母线出线
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),变压器可提供低压标准出线端子,现场安装时即可与封闭母线方便的联接。
带IP20外壳的变压器,在外壳顶部配套提供封闭母线法兰;不带外壳(IP00)的变压器,只提供封闭母排出线端子。其接口配合图请见《99D268干式变压器安装》国标图集第19、38页。
2.5.2 低压横排侧出线
变压器与低压配电屏并列放置时, 二者母排可贯通连接。由于配电屏的型式不同, 其接口配合也不相同。低压配电屏母排为横向排列时(如GGD、GCK、MNS配电屏), 变压器低压出线母排相应以标准横排侧出线配套。配电屏在变压器左侧,变压器就向左侧方向出线;若配电屏在变压器右侧,变压器则向右侧方向出线。为此,要求变压器外壳的高度与其低压配电屏相同(常为2200),其接口配合图请见《99D268干式变压器安装》国标图集第20、39页。为方便客户,通常按低压标准横排侧出线供货。
2.5.3 低压立排侧出线
低压配电屏母排为竖向排列时(如多米诺屏、MNS等配电屏), 变压器低压出线母排相应以标准立排侧出线配套。配电屏在变压器左侧,变压器就向左侧方向出线;若配电屏在变压器右侧,变压器则向右侧方向出线。为此,要求变压器外壳的高度与其低压配电屏相同(常为2200),其接口配合图请见《99D268干式变压器安装》国标图集第21、40页。为方便客户,通常按低压标准立排侧出线供货。
2.6 智能终端 TTU
变压器在电力系统中具有电压转换和电能传输的功能,是电网中的主要设备。随着我国现代化步伐加快,要求对配电网上的各种设备进行自动监测、协调和控制,以实现配电网的集中监视、优化运行,达到提高供电可靠性、提高供电质量、降低供电成本的目的。配电变压器智能终端TTU就是一种对其进行实时数据采集与控制的自动化终端设备,它可以记录并储存变压器低压侧的电流、电压、有功功率等参数,还可以通过通信网络,与配网SCADA系统交换数据,实现主站对变压器的遥测、遥信、遥控功能,实现变压器的经济、安全、可靠运行。它具有数据处理、状态控制、状态显示的所有功能:①.数据处理:三相有功、三相无功、功率因数、电流、电压、温度、日均负荷、周均负荷、月均负荷、季均负荷、年均负荷、典型日负荷曲线、变压器的使用寿命计算等;②.状态控制:在配有温控装置、有载调压装置、无功补偿装置后,可具有多种智能控制及报警功能等;③.状态显示:实时数据、历史数据、变压器已用寿命和可用寿命等等。
智能化节能型干式配电变压器可按多种模式运行:①单一“变压器”运行方式,可实现基本变压器功能;②“变压器+传感器装置” 二组合运行方式,可为传统继电保护装置提供电气控制信号;③“变压器+传感器装置+TTU” 三组合运行方式,可实现遥测和遥信功能,为配网SCADA系统提供变压器的各种数据;④“变压器+传感器装置 + TTU + 后台监控管理系统” 四组合运行方式,可具有遥测、遥信、遥控功能,实现对变压器运行状态的实时监控和经济运行。客户可按工程实际情况,选择功能模块的组合。这样一来,SC(B)10系列干变就不单纯具有传统单一的电压转换和电能传输的功能,而变成为一种多功能智能化的电气设备。
3. 未来发展
随着干式变压器的不断开拓创新和大量推广应用,我国设计制造技术已达世界一流水平,未来的干式配电变压器预计将获得进一步发展:
3.1 节能低噪
我国在损耗与噪声研究及其节能环保变压器的制造上,已经取得了可喜的成绩,具备有较高水平。然而,节能、降噪环保是变压器研发的永恒课题,还有很多问题值得探寻研究。低损耗硅钢片,阶梯步迭铁心接缝,箔式绕组结构,噪声研究的深入,环境保护要求,计算机优化设计等新材料、新工艺、新技术的引入及其发展,将使未来的干式配电变压器更加节能、更加宁静(然而,对于单纯靠材料的投入苛求更低铁损、或铜损、或噪声,我们认为都是不可取的)。
3.2 高可靠性
电气产品,尤其是变压器,其运行可靠性是特别重要的。我国现已生产了数以万计的干式配电变压器,运行在各个领域、各项重点工程、重大项目上,其产品可靠性要求不言而喻。然而,现实情况是不容隐晦的。有某些劣质产品、以低价推销充斥市场,何以谈什么可靠性?!因此,当前干式变压器的可靠性,严肃地摆在干变研发制造者和干变使用者的面前。前者有不容推卸的责任,认真制造出可靠性高的干式配电变压器;后者一定要把产品的可靠性放在首位、而不要贪图便宜!
我国干式配电变压器已大量应用于国家重点工程、重大项目上,十几年来基本上没有过大的事故,其可靠性是有口皆碑的。在电磁场理论及其计算、波过程、浇注工艺、热点温升、局放机理、质保体系、可靠性工程等方面进行大量的基础研究,积极进行可靠性认证,进一步提高干式配电变压器的可靠性,将是人们的不懈追求,也是干变设计制造者长期的课题。
3.3 环保特性认证
相关论文⑦明确强调:“环氧树脂浇注干式变压器是一种清洁环保的电力设备,在设计制造、运行、最终处置全过程均符合ISO14001及有关环保标准和法规的要求。寿命终结后完全可拆解并回收有价材料,回收利用率可达90%以上。已有成熟的处理技术和设备用于分离浇注线圈中的导体和树脂绝缘材料,拆解出的树脂绝缘材料可综合利用、焚烧(发电)、或填埋处理等。”
近年来,已有几个干变企业通过了ISO14000环境认证。以IEC及欧洲标准HD464为基础,开展干式变压器的承受热冲击能力(C0、C1、C2)、适应环境能力(E0、E1、E2)、耐火能力(F0、F1、F2)的试验研究与认证。无论环氧树脂浇注型干式变压器(CRDT)、还是浸漆型干式变压器(OVDT)环保工作,在研发及实践方面,都有许多工作要做。
3.4 多功能组合及智能化
从只具单一变电功能的变压器,向带有强迫风冷、保护外壳、功率计量、封闭母线、各种低压侧向出线、计算机接口等多功能组合式变压器发展;引入TTU智能化终端,具有数据处理、状态控制、状态显示等功能,从而使变压器成为一种多功能智能化、随时处于最佳运行状态的电气设备。随着信息化技术的不断发展,变压器将进一步加速完善其智能化进程。
3.5 多用途多领域发展
①.城市轨道交通牵引整流变: 随着城市轨道交通的飞速发展,适用于城市地铁及轨道交通的牵引整流变压器得以大量应用。电压等级通常有10~35kV,整流脉波数有12脉波和24 脉波,容量有800、2000、2500、3300、4400kVA。国内地铁及轻轨工程,如北京、上海、广州、深圳、南京、天津、重庆、武汉、大连、长春等,均都选用了国产干式牵引整流变,已投运的均反映运行性能良好。伊朗德黑兰地铁工程也采用我国产的干式牵引变。
②.冶金电炉干式变压器:特点是电压低、电流特别大,适用于大电流冶金电炉。如为贵冶生产的电炉变压器,容量3,500kVA、低压侧电压70~100V、电流达20,000A。电炉变压器采用干式变压器,受到客户的欢迎。
③.核电站用干式变压器:十几年来,我国核电事业得以相应发展。一座座核电站相继选用各种国产干式变压器以及组合式变电站。1E级变压器是用于核电站核岛区域内的变压器,这是我国首次完全依照核安全鉴定程序进行产品鉴定的变压器(通过了60年寿命加速老化试验,并在老化试验完成后顺利通过了振动强度超过8级抗震试验,结果证明其产品的各项性能指标完全满足1E级变压器标准),这不仅标志着我国已具备生产进入核电站核岛区域的1E级干式变压器产品的能力,同时还说明了环氧树脂干变(CRDT)的高寿命、高安全可靠性。
④.船用及采油平台用变压器:适应海洋运输及石油开发的需要,干式变压器已经走上了海洋船舶及采油钻井平台,额定容量30~10,000kVA,电压等级0.38~35kV。产品获得中国船级社船用产品型式认可证书。今已生产过10,000kVA钻井平台用干式变压器。
我国变压器生产企业将在诸多领域中,研发市场需求的各种各样的干式变压器。
3.6 多材料、多品种
在我国,环氧树脂真空浇注干式变压器占据着主导市场,预期在近期内难以改变。近年来对非晶合金、H级绝缘等新材料、新工艺,顺特等厂做过一些产品研制,获取了有价值的数据和经验,并将进一步在多领域做深入的研发。而未来材料科学的发展,必将会给变压器发展提供新机遇、开创新纪元。