变压器增容改造实例.pdf

第 4 1 卷第 1 0期 2 0 0 4年 1 0月 囊 廷 7 盈 1 同 I b V o1 ． 4 1 No ． 1 0 O do b e r 2 0 0 4 避 籽 叠 鲴 l 1 前言 变压器增容改造实例 谢 幸 生 广东省广电集团有限公司中山供电分公司，广东 中山 5 2 8 4 0 0 摘 要 介绍了提高抗短路能力的措施， 论述了变压器增容改造的一些基本概念， 阐明了在提高抗短路能力同 时进行变压器增容改造 中必须重视 的一些问题， 并给 出了实例。 关键 词 变压 器 ；改造 ；短路 阻抗 ；温升 中图分类号 T M4 0 6 文献标识 码 B 文章编 号 1 0 0 1 8 4 2 5 2 0 0 4 1 0 0 0 3 7 0 3 我公司早期投运的 1 1 0 k V主变数量不少 ， 但这 些主变由于器身结构和制造工艺上存在缺陷，造成 其抗短路能力比较差。 近年来 ， 由于变压器低压侧短 路导致变压器绕组变形损坏的事故发生了4起， 且 全都发生在 1 1 0 k V主变上 ， 造成了很大的损失。因 此 ， 提高变压器的抗短路能力就显得非常急迫了。 为 此 ，我们将变压器增容和提高变压器抗短路能力结 合起来 ，以便在尽可能地提高变压器抗短路能力的 同时 ， 适当增容， 以取得较好的经济效益。 2 提高抗短路能力的措施 关于变压器增容改造的具体措施，变压器制造 厂、 电力部门都做了大量研究 ， 提出了完善的方案并 获得了实践经验。就产品设计制造来说 ，主要有两 点 一是采用动态电磁计算， 电气结构上确保绕组的 安匝平衡， 减少短路时绕组受到的电动力； 二是提高 绕组的机械强度，主要是提高绕组导线本身的屈服 强度。 还有就是应用各式各样的压紧装置 ， 对绕组进 行强度定位， 防止绕组轴向、 辐向以及引线失稳。 根据我公司的实践 ，提高变压器抗短路能力方 面的具体措施主要有如下几点。 1 绕组导线采用屈服强度 。 ≥1 2 0 M P a的半 硬铜线。 低压绕组采用双层单螺旋绕法 ， 增强绕组临 界失稳强度。 采用这一措施后 ， 低压绕组内侧甚至不 再需要撑条。 2 绕组垫块由单边鸽尾槽改为双边鸽尾槽 ， 以 加强绕组抗辐向短路夹紧力。高压绕组上下两端加 2 mm厚成型角环 。 3 更换绕组上部绝缘端圈， 把厚度 5 0 m m空心 端圈改为实心端圈。 4 更换三相绕组压板 ， 把半压板改为整压板 ， 使绕组能均匀受到轴向预压力。 5 更换绕组外围屏 。 6 增加所有引线绝缘厚度． 低压引线加强紧固 装置 。 7 器身旁侧夹件各增加两个压钉 ， 新增压钉与 原压钉压力点呈三角形 ，以保证低压绕组和高压绕 组能直接承受到压钉的预压力。 8 对绕组 、 器身进行定量压装 。 3 增容的可行性 变压器的容量与铁心柱的有效截面积是有关联 的， 铁心柱的有效截面积越大 ， 在一定的温升下允许 传输 的电磁容量也就越大。变压器铁心采用 13 产 Z l 0 - 0 ． 3 5冷轧晶粒取向硅钢片， 全斜接缝 ， 心柱为 多级叠片， D型轭部 ， 上下夹件间用无磁钢拉板紧固 成一整体。制造厂当初设计时， 出于保守考虑， 铁心 预留余量较大， 经核算可以在保 留铁心 、 油箱的基础 上 ， 更换绕组进行适当的增容改造。 我公司至今已完 成变压器增容改造 3 例，表 1 为改造前后变压器技 术参 数对 比。 4 增容的相关概念 4 ． 1 短路 阻抗 变压器增容的直接后果就是短路阻抗增大。这 是因为在铁心尺寸不变、绕组匝数基本不变的条件 下 ， 变压器漏抗绝对值基本维持不变 ， 短路阻抗百分 值必然上升。 例如 ， 我公司一台 3 1 ． 5 MV A的主变 ， 短 路 阻抗为 1 0 ． 0 ％，保 留原有铁心和油箱 ，增容到 4 0 MV A，则 短路 阻抗 大约 变 为 l 0 ．0 ％ 4 0 ／ 3 1 ．5 维普资讯 委 珏嚣 第4 1 卷 1 2 ． 7 0 ％ 实测为 1 2 ．6 6 ％ 。因此 ， 考虑到变压器运行 的要求 ， 必须预先注意变压器短路阻抗的改变。 4 ． 2损耗 由于变压器空载损耗主要是铁损 ，保留铁心的 增容改造对铁损的改变非常有限，所以空载损耗很 难降低。负载损耗就不同了， 主要表现为铜损 ， 其跟 绕组导线的直流电阻与额定电流密切相关。增容改 造 ， 虽然增大了绕组导线截面积 ， 但 由于电阻数与电 流平方成正 比， 所以负载损耗所有增大。例如， 一台 3 1 ． 5 MV A主变， 负载损耗为 1 2 9 k W， 增容到 4 0 M V A 后 ， 负载损耗为 1 7 4 ．6 k w。 4 ． 3温升 变压器增容改造引起 的一个重要 问题是 温升 问 题。 由于负载损耗绝对值几乎肯定会上升 铝芯变铜 芯除外 ， 温升问题就凸显 出来了， 成为限制增容的 瓶颈。 解决温升问题的途径应 内外并举。 对内， 必须 设计优良的绕组散热油道 ，并与铁心散热结构相适 应 ； 对外， 则加强散热手段。例如， 增加片式散热器 ， 增多增大风扇等。变压器增容后， 油 、 绕组温升会有 不同程度的上升。具体请参阅表 1 。 表 1 变 压器增 容 改造前 后技 术参数 对 比 改造前 改造 后 接近 9型标 准 型 号 S F Z - 3 1 5 0 0 ／1 1 0 } 1 S F Z - 4 O 0 0 O／ l l 0 额定 电压／ k V l l 0 8 x1 ． 2 5 ％／l l l l 0 8 x1 ． 2 5 ％／l l 21 ／3 1 ． 5 2 6．7 ／4 0 额定 容量／ MV A f ON AN ／ O NAF 1 f ON AN ／ O NAF 1 空 载 电流／ ％ 0 ． 2 l 0 ． 1 5 空 载损耗／ k W 2 7 ．6 2 6 ． 8 负 载损耗／ k W l 2 9 1 7 4 ． 6 阻抗电压 9 b 档 ， 7 5 o C ／ ％ l 0 ．0 l 2 ．6 6 油顶层／ K 4 0 ． 9 4 6 ． 6 温升 高压绕组／ K 4 5 ． 2 5 0 ． 5 低 压绕组／ K 4 6 ．9 4 7 ．4 总 质量／ t 5 0 ．9 5 2 ．5 要想彻底解决温升问题， 较理想的方案是采用混 合绝缘技术提高变压器绕组的绝缘耐热等级。现有的 油浸式变压器绕组绝缘耐热等级均为 A级 允许温度 不高于 1 0 5 C ， 而混合绝缘技术指在绕组高温部位采 用绝缘耐热等级为 C级的 N o m e x 芳香聚酰胺纸和层 压板 允许温度 2 2 0 C ， 在变压器温度不太高的区域 采用传统纤维素的技术。这种技术的开发使变压器性 能大幅度提高，同时提高了可靠性和减少了维护工作 量。这项由杜邦公司开发的新技术非常适合增容改造 的电力变压器。 根据杜邦公司提供的资料， 从应用这项 技术的国外大量实例来看 ，通过在绕组热点区域放置 N o m e x 材料并减小冷却油道 ， 在固定的铁心窗口放入 更多的铜。这样可在原始额定容量的基础上显著提高 原有设备的容量。在最需要增强耐热性能的部位放置 N o m e x 材料 ， 而在绝缘系统的大片区域使用传统的纤 维材料 ， 这样效果非常显著， 但成本的增加却很少。 现有油浸式变压器的温度限制是基于绕组区域 采用纤维素绝缘材料。 一般而言 ， 冷却油的温度相当 低 ，由于纤维素材料的温度限制而使变压器无法实 现潜在增容能力。通过更换变压器最热部位的纤维 素材料 ， 可放宽对绕组的温度限制。 表 2 为国外采用混合绝缘技术重新设计和改造 的变压器与 原设备之 比较 。注意到 容量增加 了 5 0 ％， 现在的限制在于上层冷却油而不在于绕组。 实 际上 ， 对于耐热指数为 2 2 0 o C 的 N o m e x 材料来说 ， 绕 组平均 温度还 相当低 。 表 2重 新设 计改 造的变 压器 与原 设备 之 比较 原设备 重新设计改造的设备 冷却 方式 ON AN ／ ON AF ON AN ／ ONA F 额定 容量／ MVA l 2 ～ 2 0 l 8 ～ 3 0 油平 均温 升／ K 2 8 ～ 3 8 4 5 ．4 ～ 5 5 ． 7 顶 层油温 升／ K 3 7 - 4 4 6 o ～ 6 4 ． 5 绕组平 均温 升／ K 5 0 ～ 5 5 7 1 ．5 - 8 1 ． 1 注 目前 ，混合绝缘系统设计仍需要遵守标准顶层油温升限值。 G B1 0 9 4对于 油 不与 大气 直 接接 触 的变 压器 规定 顶 层 油 温升 为 6 0 K， I E C则统 一规 定 为 6 0 K， 而 I E E E则 规定 为 6 5 K。表 2 采用 的是 I E E E的标 准 。 据我们所知 ，国内尚无采用 昆 合绝缘技术进行 变压器增容改造的实例。我公司 目前已有跟杜邦公 司、 A B B变压器公司进行这方面试点合作的意向。 5 增容对变压器组件的影响 5 ． 1 有载分接开关 变压器增容后 ，原有的有载分接开关能不能继 续使用由于有载分接开关的额定电流通常选的比 变 压 器额 定 电流 大 得 多 ，例 如 ， 1 1 0 k V变 压 器 3 1 ． 5 MV A、 4 0 MV A、 5 0 MV A 常 用 的 MRⅧY型 有载 分接开关额定电流均选为 3 5 0 A， 是完全能满足变压 器增容要求的。但这里存在一个容易被用户以及变 压器制造厂忽略的问题 ，就是有载分接开关的过渡 电阻匹配问题 。 笔者注意 到 ， 在 同一批次 MR Ⅷ3 5 0 Y 型有载分接开关中， 配装变压器容量不同时， 其过渡 电阻是不一样的。例如配装 3 1 ． 5 M V A时 ， 过渡电阻 为 4 ．2 Q； 配装 4 0 MV A时 ， 过 渡 电阻为 3 ．5 Q； 配装 5 0 MV A时， 过渡电阻为 2 ．7 Q。 有载分接开关过渡电阻的阻值是由分接开关制 造厂设计确定的，设计时应遵循以下三原则 1 改 维普资讯 第 1 0期 谢幸生 变压器增容改造实例 3 9 善触头的切换性能 ； 2 考虑触头的电气寿命； 3 提 高分接开关的工作可靠性。因其牵涉到较为复杂的 理论 ， 限于篇幅， 本文不展开讨论。 从以上分析可以得出结论 变压器增容后， 有载 分接开关原有的触头烧蚀平衡被打破，所以应该请 分接开关厂重新核算， 更换分接开关过渡电阻， 以保 证分接开关的使用寿命。 5 ．2 套管电流互感器 套管的额定电流的设计值通常大于变压器的额 定电流。 因此 ， 一般情况下 ， 套管可以保留。 但对于套 管电流互感器 ， 一定要核实其一次额定电流 ， 其中用 于绕组测温的那一只套管电流互感器，其一次额定 电流通常只比变压器额定电流大一点。 例如， l l O k V ， 3 1 ． 5 MV A主变用于绕组测温的低压侧套管电流互 感器额定电流为 1 8 0 0 A ／ 5 A， 主变增容到 4 0 M V A后 必须更换该低压侧套管电流互感器， 至少选 2 2 0 0 A ／ 5 A才能满足要求。 5 ． 3绕组温度表 变压器绕组的测温是使用间接方法 。具体测量 方法是将变压器某一套管电流互感器的二次电流 连接到指针式温度计的加热电阻上，从而产生一个 比实际油温高一个温差 温度增量 的温度指标值 。 用这种间接方法 ，可以近似得到一个平均或最大的 绕组温度指标 热像 。 加热电流的调整是使用指针式温度计中的电位 器 ， 调整值按绕组温度表温差设定曲线查找。 图 l 为 ME S S K O公司 MT S T 1 6 0 W 型绕组温度表的温差设 定 曲线 。 变压器增容改造后，如果要保留原有绕组温度 表， 必须按照变压器温升试验结果， 结合绕组温度表 温差设定曲线重新调整指针式温度计中的电位器， 否则绕组温度表指标值将偏高很多。 电流 ， ／ A 图 1 ME S SK O 公 司 MT S T 1 6 0 W 型 绕组温 度表 的 温 差设 定 曲线 6 结论 本文结合我公司 l 1 0 k V变压器的增容改造实例 ， 对变压器的增容作了扼要的论述， 得出以下几点结论 1 如果能够将变压器提高抗短路能力的措施 与增容相结合， 则其能容易地得到有效实施 ， 在此基 础上进行的增容有较大的实用价值。 2 变压器能否增容， 需要核算其铁心尺寸。 3 变压器增容 ， 用户必须重视其短路阻抗 、 损 耗 、 温 升的增 加 。 4 采用混合绝缘技术能够更好地解决温升的 问题 ， 这是变压器增容改造 的关键 。 5 变压器增容 ， 需要注意对变压器组件的影 响。一般而言， 需要更换有载分接开关的过渡电阻， 用于绕组测温的变压器套管电流互感器可能也需要 更换。另外 ， 绕组温度表必须重新调整整定。 参考文献 [ 1 】 朱德恒， 严璋．高电压绝缘[ M】 ．北京 清华大学出版社 ， 1 9 9 2 Ex a mp l e o f I mp r o v e me nt t o I n c r e a s e Tr a n s f o r me r Po we r XI E Xi n g- s h e n g Z h o n g s h a n P o w e r S u p p l y B r a n c h ，G a n g d o n g G u a n d i a n P o w e r G r i d G r o u p C o ． ，Z h o n g s h a n 5 2 8 4 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t Th e me a s u r e s t o i mp r o v e a b i l i t y t o wi t h s t a n d s h o r t c i r c u i t a r e i n t r o d u c e d ． S o me b a s i c c o n c e p t s t o i n c r e a s e t r a n s f o r me r p o we r a r e d i s c u s s e d ． S o me p r o b l e ms i n i n c r e a s i n g t r a n s f o rm e r p o w e r wh i l e i mp r o v i n g a b i l i t y t o wi t h s t a n d s h o rt c i r c u i t a r e p r e s e n t e d ．T h e e x a mp l e i s g i v e n ． Ke y w o r d s T r a n sf o r m e r ； I m p r o v e m e n t ； I m p e d a n c e ； T e m p e r a t u r e r is e 收 稿 日期 2 0 0 3 0 7 2 9 作者简介 谢幸生 1 9 7 3 一 ， 男 ， 湖南双峰人 ， 广电集团中山供电分公司工程师， 从事变电技术管理。 维普资讯