干式變壓器技術(shù)發(fā)展及設(shè)計(jì)選型
隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展,人民生活水平的不斷提高,城鄉(xiāng)用電負(fù)荷不斷增加,無油、防火、壽命長、維護(hù)簡單、安全可靠的干式變壓器得以越來越廣泛的應(yīng)用。本文僅就干式變壓器在我國的發(fā)展概況作粗線條的描述,重點(diǎn)放在配電變壓器設(shè)計(jì)選型中相關(guān)問題的系統(tǒng)介紹。
1.發(fā)展概況
世界上第一臺變壓器誕生于1876年,這臺變壓器即是干式的。但直到二十世紀(jì)中葉,干式變壓器僅局限于低電壓和小容量的變壓器制造中。二十世紀(jì)五十年代末六十年代初,隨著環(huán)氧樹脂等新材料的出現(xiàn),世界上研制成功了環(huán)氧樹脂真空澆注的干式變壓器,并迅速在35kV及以下電壓等級的配電變壓器等諸多領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì),近20年來干變得到了迅猛發(fā)展,特別是在配電變壓器中,干變所占比例愈來愈大,如歐美發(fā)達(dá)國家已占50%以上;我國起步晚,近年約占到3~5%,大中城市中約占20~30%,象北京、上海、廣州、深圳等城市已達(dá)50%以上。
1.1產(chǎn)量遞增
在我國,由于種種原因,八十年代中才逐步推廣使用干式變壓器,八十年代末各地紛紛從國外引進(jìn)技術(shù)和設(shè)備,并以此作為基礎(chǔ),不斷開拓、創(chuàng)新,使我國干式變壓器制造水平上了新的臺階。從90年開始,其產(chǎn)銷量逐年迅猛遞增,據(jù)行業(yè)有關(guān)資料分析統(tǒng)計(jì),全國(除港澳臺外)干式變壓器每年以高達(dá)20%以上的增長率遞增:1989年約700MVA,1991年就超過了1000MVA;1995年-6200MVA,1996年-7500MVA,1997年-8800MVA,1998年近10000MVA。
1.2技術(shù)現(xiàn)狀
1.2.1電壓水平:目前大批量生產(chǎn)主要集中于10kV電壓等級,各發(fā)電廠站多為6kV電壓。15~20kV產(chǎn)品也常有訂貨。目前國際上樹脂絕緣干式變壓器最高電壓為35kV,我國幾家大廠已生產(chǎn)了近百萬千伏安35kV產(chǎn)品在各地投網(wǎng)運(yùn)行。
1.2.2容量:(1)配電變壓器:10/0.4kV以及20/0.4kV、35/0.4kV的配電變壓器容量30~2500kVA,受低壓PC屏進(jìn)線開關(guān)遮斷容量的限制,目前尚未見超過2500kVA這一容量的;(2)電力變壓器:10、20、35kV的電力變壓器可生產(chǎn)容量達(dá)20,000kVA。1996年我國制造出容量達(dá)16000/24000kVA(AN/AF)、35kV亞洲第1臺容量最大、電壓最高的干式變壓器,標(biāo)志著我國在大容量變壓器制造技術(shù)上已處于世界先進(jìn)水平。
1.2.3損耗和噪聲:我國干式變壓器制造技術(shù)的研究、創(chuàng)新,主要集中在性能參數(shù)的優(yōu)化等方面,特別是在變壓器的損耗及聲級水平這些世界性課題的研究上,我國已經(jīng)取得了諸多可喜的成績,使得我國干變的損耗(特別是空廝鷙?及噪聲大幅度下降。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì),SC(B)9系列比引進(jìn)技術(shù)的SC系列之總損耗水平下降達(dá)15~20%,其中空載損耗下降達(dá)25%;通過對噪聲的系統(tǒng)研究,我國進(jìn)一步掌握了噪聲產(chǎn)生的機(jī)理,并將其成果落實(shí)在新系列SC(B)8及SC(B)9產(chǎn)品上,SC(B)9系列產(chǎn)品比原SC系列噪聲下降15~20%。2500kVA及以下容量的配電變壓器,噪聲一般可控制在50dB左右;35kV特大容量(如10000、16000kVA)干式變壓器通常可控制在55dB以內(nèi)。綜上所述,SC(B)9系列干式變壓器的性能參數(shù)已達(dá)到世界先進(jìn)水平。順德特種變壓器廠即將推出智能化低噪節(jié)能的SC(B)10系列新產(chǎn)品。
1.2.4有載調(diào)壓:我國對10kV干式配電變壓器的有載調(diào)壓,最大容量達(dá)2500kVA,使用臺數(shù)最多的為云南玉溪煙廠。對35kV干式電力變壓器的有載調(diào)壓容量達(dá)16000kVA,其最大客戶是上海大眾汽車公司(3臺16000kVA有載調(diào)壓變壓器)。
1.2.5整流、牽引變:
(1)整流勵磁變:水力發(fā)電廠的勵磁變,逐步用干式變壓器所取代,高低壓繞組電壓等級一般為20kV/1kV,通常采用單相結(jié)構(gòu)、高壓封閉母線進(jìn)線。順德特種變壓器廠為長江三峽研制世界最大的84萬KW發(fā)電機(jī)得到勵磁變,99年底已通過國家驗(yàn)收,淶ハ噯萘課?000kVA。進(jìn)來,火力發(fā)電廠的勵磁也由動態(tài)轉(zhuǎn)向靜態(tài)――用干式變壓器作勵磁變。
(2)冶金電爐變:特點(diǎn)是低壓大電流,如為江西貴冶制造的3500kVA干變,低壓相電流超過20,000安。
(3)牽引變:適用于城市地鐵及軌道交通的干式牽引變,隨城市軌道交通的發(fā)展而得以大量應(yīng)用。電壓有10、20、35kV三個(gè)等級;從12脈波整流發(fā)展到24脈波,減少了諧波污染;容量有800、2500、3300kVA等。
1.3未來展望
隨著干式變壓器的推廣應(yīng)用,其生產(chǎn)制造技術(shù)也獲得長足發(fā)展,可以預(yù)測,未來的干式變壓器將在如下幾方面獲得進(jìn)一步發(fā)展。
?。?)節(jié)能低噪:新的低耗硅鋼片,箔式繞組結(jié)構(gòu),階梯鐵心接縫,環(huán)境保護(hù)要求,噪聲研究的深入,計(jì)算機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)等新材料、新工藝、新技術(shù)的引入,將使未來的干式變壓器更加節(jié)能更加寧靜。
?。?)高可靠性:提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性,將是人們的不懈追求。在完成引進(jìn)技術(shù)的消化吸收之后,將在電磁場計(jì)算、波過程、澆注工藝、熱點(diǎn)溫升、局放機(jī)理、質(zhì)保體系、可靠性工程等方面進(jìn)行大量的基礎(chǔ)研究,積極進(jìn)行可靠性認(rèn)證,進(jìn)一步提高干變的可靠性。
?。?)環(huán)保特性認(rèn)證:以歐洲標(biāo)準(zhǔn)HD464為基礎(chǔ),開展干式變壓器耐氣候(C0、C1、C2)、耐環(huán)境(E0、E1、E2)、耐火(F0、F1、F2)特性的研究與認(rèn)證。
?。?).大容量:從50~2500kVA配電變壓器為主的干式變壓器,向10000~20000kVA/35kV電力變壓器拓展,隨著城市用電負(fù)荷不斷增加,城網(wǎng)區(qū)域變電所越來越深入城市中心區(qū)、居民小區(qū)、大型廠礦等負(fù)荷中心,35kV大容量的小區(qū)中心供電電力變壓器將獲廣泛應(yīng)用。
(5)多功能組合:從單一變壓器向帶風(fēng)冷、保護(hù)外殼、溫度計(jì)算機(jī)接口、零序互感器、功率計(jì)量、封閉母線、側(cè)出線等多功能組合式變壓器發(fā)展。
?。?)多領(lǐng)域發(fā)展:從以配電變壓器為主,向發(fā)電站廠用變、勵磁變、地鐵牽引整流變壓器、大電流電爐變、核電站、船用及采油平臺用等特種變壓器及多用途領(lǐng)域發(fā)展。
2.干式變壓器的特點(diǎn)
?。?)無油、無污染、難燃阻燃、自熄防火。
?。?)絕緣溫升等級高:F級絕緣,變壓器溫升可達(dá)100K。
?。?)損耗低、效率高:SC(B)9系列損耗比現(xiàn)行新國標(biāo)(GB/T10228)降低10%。
?。?)噪聲小:SC(B)9系列配電變壓器通??煽刂圃?0dB以下。
(5)局部放電量小(通常在10PC以下),可靠性高,可保證長期安全運(yùn)行,壽命可達(dá)30年。