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干式变压器设计选型安装改进的建议

导读: 干式变压器的安全运行和使用寿命, 很大程度上取决于变压器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘被破坏, 是导致变压器不能正常工作的主要原因之一, 因此对变压器运行温度的监测及其报警控制是十分重要的

1 引言

  随着电力技术的发展和科技进步, 人们对电力变压器运行的安全、防火、无污染、少维护和使用寿命等要求越来越高。由于干式变压器采用阻燃型绝缘材料,不存在液体泄漏和污染环境的问题,且干式变压器结构简单,维护和检修较油浸变压器方便,同时因其具有体积小、重量轻、占用空间少、安装方便、低损耗及使用寿命长等特点, 因而得到了越来越广泛的应用。干式变压器在平顶山地区的推广应用起步较晚, 但干式变压器作为站用变压器, 自2000 年以来在110kV 及以上变电站得到了广泛应用。平顶山供电公司现有35kV 及以上变电站53 座,其中有21 座变电站的29 台站用变采用了干式变压器,干式变的型号主要是SC(B),容量达9 000 kVA。近两年来,新建变电站的站用变一般采用干式变压器。

2 干式站用变压器运行现状及存在的问题

  平顶山供电公司现有干式变压器38 台,有的放置在室内自带防护外壳,也有的直接布置在柜体内,运行条件各异,但总的来说现场实际运行情况良好,故障率较低,但是也发生了一些故障和异常。

  2.1 温升对干式变压器的运行寿命的影响

  树脂干式变压器绕组主要由导体(铜导线、铜箔等)、基体(环氧体系)和增强材料构成,经热固化成型。温度能够改变各构成间的界面物理特征,降低物理强度。如果绕组匝间出现微观裂痕,则会增加变压器的局部放电量, 局部放电量的大小决定变压器的寿命长短。一般干式变压器的绝缘等级为F 级,其理论上的耐受温度极限为155℃。超过这一极限绕组的物理强度会发生本质的转折,也视为寿命终结。在实际应用中,由于结构、工艺等差异的影响,实际标准要低于理论上的155℃标准, 一般以110℃为安全极限。

  2.2 中置式开关柜的散热问题

  从以往干式变压器的事故分析可以看出, 主要是由于开关柜内通风不畅、散热效果不好、环境温度过高造成的。对平顶山供电公司汇源变电站两台干式变压器运行状况进行监测,汇1号、2 号站用变分别安装在35kV 和10kV 的开关柜内,没有装设温控器和散热通风装置,站用变间隔后柜箱体温度,夏季达到40℃~50℃,里面的热气散不出来。通过查看使用说明书和《干式电力变压器负载导则》,发现干式变压器必须保证良好的自然通风, 干式变压器按标准应配置温度控制箱。运行中的变压器发生异常声响或超温报警,应予重视并采取相应的措施。而汇源变两台站用变压器不具备这些条件, 如果负载比较大, 中置式开关柜采用全封闭型结构, 对散热很不利,一旦变压器因高温使绝缘老化击穿,可能引起开关柜故障。

  2.3 柜体间距小带来的弊病

  将干式变压器布置于开关柜中, 可以减少占用面积,为了减小柜体尺寸,厂家通常采用复合绝缘材料等措施减小间距。然而,由于高压开关柜内电场强度复杂,一定气候条件会产生结露,发生闪络后果严重。《3kV~110kV 高压配电装置设计规范》对屋内配电装置的安全净距按照电压等级有明确的规定。近年来,电网建设速度加快,开关柜不断增多,减小间距所带来的弊病也日益凸现。

  2.4 两台变比不同的变压器不能并联运行的问题

  将一台站用变设于10kV I 段母线,另一台站用变设于35kV I 段母线(或35kV I 段母线某一小电源线路)。由于有电势差的存在,在两台变压器的二次绕组间便有环流产生,它不是负载电流,但却要占据变压器的容量,增加了变压器的损耗,使变压器的效率降低。当变比不相等时,由于环流的出现,不能使所有并联的变压器同时带上额定负载, 使得并联运行的变压器容量得不到充分利用。所以分别设于35kV 母线和10kV 母线的两台变压器由于变比不同,站用电低压系统不能并联运行。但实际上低压系统往往需要双路供电, 又不能做到每处都设置机械联锁,所以不能完全杜绝并联的情况。

3 干式变压器设计选型及安装的改进建议

  3.1 干式变压器应采取可靠的温度控制保护措施

  干式变压器的安全运行和使用寿命, 很大程度上取决于变压器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘被破坏, 是导致变压器不能正常工作的主要原因之一, 因此对变压器运行温度的监测及其报警控制是十分重要的, 由于变压器结构从内到外依次为:铁心、低压绕组和高压绕组。而发热源为铁心和低压绕组, 外表面的高压绕组由于电流小而发热很少。因此,使用普通的轴流式风扇吹变压器表面和空调降温效果不好。变压器在制造时,已预留专用散热风道, 只有配用专用的干变风冷温控装置,才能达到预期的效果。为适应变电站无人值班的要求, 建议对现有的干式站用变安装风冷温控系统,并对开关柜进行通风改造,温度过高时应能自动启动通风散热装置。
  
  3.1.1 风机自动控制

  通过预埋在低压绕组最热处的Pt100 热敏测温电阻测取温度信号。变压器负载增大, 运行温度上升,当绕组温度达某一数值(此值可调,对F 级绝缘干变一般整定为110℃) 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,对F级绝缘干变一般整定在90℃)时,系统自动停止风机。

  3.1.2 超温报警、跳闸

  通过预埋在低压绕组中的PTC 非线性热敏测温电阻采集绕组或铁心温度信号。当变压器绕组温度继续升高,若达到某一高温度值(此值也可根据工程设计调整, 通常整定在F 级绝缘所标称温度155℃)时,系统输出超温报警信号;若温度继续上升达某值(此值也可按工程设计调整, 通常整定在170℃),变压器已不能继续运行,须向二次保护回路输送超温跳闸信号,应使变压器迅即跳闸。

  3.1.3 温度显示系统

  通过预埋在低压绕组中的Pt100 热敏电阻测取温度变化值,直接显示各相绕组温度(三相巡检及最大值显示,并可记录历史最高温度),可将最高温度以4mA~20mA 模拟量输出, 若需传输至远方(距离可达1 200m)计算机,可加配RS232C 计算机接口。系统的超温报警、跳闸也可由Pt100 热敏传感电阻信号动作,进一步提高温控保护系统的可靠性。

  3.2 变压器相间及对地安全净距必须符合要求

  对柜内布置的变压器应根据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》要求,高压开关柜应选用“五防”功能完备的加强绝缘型产品,其外绝缘应满足以下条件:空气绝缘净距离:≥125mm ( 对12kV),≥360mm(对40.5kV)。爬电比距:≥18mm/kV(对瓷质绝缘),≥20mm/kV(对有机绝缘)。在代庄变电站、申楼变电站投运前验收时,曾发现变压器柜内安全净距不符合要求的情况, 建议对柜体进行了改正。所以在设备验收时,对变压器柜体内相间及对地电气距离必须严格验收, 保证符合要求。建议在以后的设计中, 变电站内应配置箱变或非封闭式干式变压器, 条件允许时, 可设置站用变室,站用变单独安装在室内。对设置于变电所内的非封闭式干式变压器,应符合《10kV 以下变电所设计规范》要求,应装设高度不低于1.7m 的固定遮栏,遮栏网孔不应大于40mm×40mm。变压器的外廓与遮栏的净距不宜小于0.6m,变压器之间的净距不应小于1.0m。

  3.3 合理选型配置减少投资及损耗

  变电站没有10kV 电压等级,可选择两台35kV电压等级的油浸变压器,室外布置。35kV 与10 kV电压等级都有, 鉴于35kV 干式变压器质量的不确定性和35kV 与10kV 变压器变比不同,站用电低压系统不能并联的问题。建议在变电站建设初期,只在10kV I 段母线设一台变压器,35kV 站用变尽量不设置, 可采取保留变电站施工电源配电变压器作为站用变临时电源的措施。在变电站扩建两台主变后,在10kV Ⅱ段母线上再新设一台与原10kV 变压器接线组别相同的10kV 变压器,取代配电变压器。这样既符合国网公司实践科学发展降耗节支和“三节约”活动要求,又保证了变电站用电的可靠性。

4 结束语

  随着干式变压器的大量推广应用、不断开拓创新,其生产制造技术也获长足发展,未来的干式变压器预计将获得进一步发展和应用。通过笔者对干式站用变压器运行中存在的问题的研究以及对设计选型安装提出的建议,希望得到同行们在设备选型、设计、施工、验收等环节的高度重视,改进设计和设备安装方式,保障变电站安全、可靠运行。

责任编辑:siliver
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