城網(wǎng)用新型變壓器標(biāo)準(zhǔn)及其相關(guān)技術(shù)問(wèn)題

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1 110kV變壓器選型
    隨城市化進(jìn)程的加快,在老城區(qū)改造和新區(qū)建設(shè)中,為減少占地采用了GIS,還要適應(yīng)電纜進(jìn)城、電纜入地、無(wú)油化以及防火阻燃的消防要求,部分變電站采用新型的110kV變壓器是不可避免的選擇。除現(xiàn)有的110kV油浸式變壓器之外,可以選擇的新型變壓器有:
    (1)干式變壓器。主要是樹(shù)脂澆注型的產(chǎn)品,目前在35 kV配電系統(tǒng)中采用比較普遍,110kV級(jí)已有單相變壓器組產(chǎn)品在運(yùn)行,110kV級(jí)三相變壓器存在的問(wèn)題主要是繞組沿面設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)過(guò)高,長(zhǎng)期運(yùn)行的絕緣可靠性不夠及對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性不夠強(qiáng)。有關(guān)的IEC新標(biāo)準(zhǔn)IEC 60076—11(草案)正在修訂中,它將用來(lái)代替IEC 726—1982標(biāo)準(zhǔn),該新標(biāo)準(zhǔn)中提出環(huán)境、氣候和燃燒3項(xiàng)試驗(yàn)是考核干式變壓器絕緣性能的重要方法,對(duì)局部放電試驗(yàn)也提出了新的要求。
    (2)氣體絕緣變壓器。主要是指SF6氣體絕緣變壓器,今后還要發(fā)展環(huán)保性能更好的新型氣體絕緣介質(zhì)的變壓器。在密閉的變壓器外殼中充以一定壓力的氣體絕緣介質(zhì),并使氣體在氣泵的作用下循環(huán)散熱,要求本體和散熱器有較好的承壓密封性能,并保持年漏氣率在一個(gè)較低的水平。目前,在國(guó)內(nèi)已有進(jìn)口產(chǎn)品在運(yùn)行,有的廠家也在積極引進(jìn)技術(shù)爭(zhēng)取盡快實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。IEC已有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)IEC60076—15《充氣式電力變壓器》(草案)正在制定中。
    (3)耐高溫絕緣的液浸式變壓器。采用的固體絕緣材料有常規(guī)的紙絕緣或耐高溫的絕緣材料,充以硅油、"由等高燃點(diǎn)的液體絕緣介質(zhì),分為混合型、半混合型、復(fù)合型等不同的組合方式。對(duì)一般使用的配電變壓器可縮小體積,改善其防火阻燃性能,在環(huán)境溫度較高的使用場(chǎng)所超銘牌運(yùn)行能力較強(qiáng),是介于干式變壓器和常規(guī)的油浸式變壓器之間的一種選擇。由于其價(jià)格適中,環(huán)保性能較好,有一定的發(fā)展空間,對(duì)110kV級(jí)變壓器,也不失為一種可供選用的產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)已有半混合型和混合型的耐高溫液浸式變壓器在應(yīng)用。相應(yīng)的IEC標(biāo)準(zhǔn)IEC 60076-14《耐高溫絕緣液浸式電力變壓器》也正在制定中。這類變壓器存在油色譜、瓦斯保護(hù)等問(wèn)題,其負(fù)載損耗也較高。
    (4)電纜變壓器。國(guó)外的一些大公司已推出實(shí)用化產(chǎn)品,國(guó)內(nèi)已有一些變壓器制造廠與高校合作正在開(kāi)發(fā)類似產(chǎn)品,可望在1lOkv這個(gè)電壓等級(jí)較好的解決變壓器無(wú)油化、防火阻燃等環(huán)保、安全問(wèn)題。由于在電纜變壓器中主縱絕緣的概念和常規(guī)的繞組波過(guò)程理論已有根本的改變,因此對(duì)其絕緣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)技術(shù)還有待研究探討。
    2 變壓器承受短路能力
    城網(wǎng)用電力變壓器或配電變壓器,由于其電壓比較高,阻抗相對(duì)較低,故其承受短路的能力顯得十分重要。IEC標(biāo)準(zhǔn)IEC 60076-5和國(guó)標(biāo)已于近期進(jìn)行修改,對(duì)變壓器承受短路能力的試驗(yàn)提高了要求,從過(guò)去的試3次改為試9次,而且短路后重復(fù)絕緣耐受試驗(yàn)的電壓值也改為100%,雷電沖擊等型式試驗(yàn)也要改在短路試驗(yàn)后進(jìn)行。試驗(yàn)考核更為嚴(yán)格,無(wú)疑對(duì)提高其運(yùn)行可靠性十分有利。以前按老標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)通過(guò)了短路承受能力試驗(yàn)的變壓器是否能達(dá)到新標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)要求值得思考。當(dāng)然,標(biāo)準(zhǔn)的貫徹還需要一個(gè)過(guò)程,但從標(biāo)準(zhǔn)實(shí)行之日起就應(yīng)按新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn),否則就違背了強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
    3 節(jié)能降耗
    城網(wǎng)用變壓器的節(jié)能降耗問(wèn)題,歷來(lái)受到廣泛的重視。從20世紀(jì)70年代開(kāi)始,國(guó)家推行淘汰高耗能產(chǎn)品的政策,配電變壓器歷經(jīng)了2—3次大的升級(jí)換代過(guò)程后,各種類型的干式變壓器和油浸式變壓器都已接近國(guó)際較先進(jìn)的水平,但距高效節(jié)能的要求尚存在一定差距。目前,國(guó)家出于對(duì)資源和環(huán)境保護(hù)的緊迫要求,正在制定一系列的電工產(chǎn)品強(qiáng)制節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和引導(dǎo)對(duì)高效節(jié)能電工產(chǎn)品的節(jié)能標(biāo)志認(rèn)證工作,并輔以一定的政策鼓勵(lì)。配電變壓器也不例外,正在制定損耗的限定值和節(jié)能評(píng)價(jià)值標(biāo)準(zhǔn)。在節(jié)能降耗工作中應(yīng)注意:
    (1)變壓器的節(jié)能降耗必須以不犧牲產(chǎn)品運(yùn)行可靠性為前提。任何情況下,必須堅(jiān)持可靠性第一的思想,在兼顧產(chǎn)品各項(xiàng)技術(shù)性能的前提下,進(jìn)一步降低損耗,提高產(chǎn)品性能指標(biāo),避免過(guò)去曾出現(xiàn)過(guò)的升級(jí)換代產(chǎn)品動(dòng)穩(wěn)定性能下降、過(guò)勵(lì)磁能力和過(guò)載能力也有所降低的教訓(xùn)。
    (2)變壓器的節(jié)能降耗必須堅(jiān)持重點(diǎn)突破的方針。首先解決量大面廣產(chǎn)品的節(jié)能降耗,帶動(dòng)同類產(chǎn)品的節(jié)能工作。對(duì)配電變壓器節(jié)能,是需要全系列強(qiáng)制要求,還是通過(guò)調(diào)查確定一個(gè)通用一般的系列段產(chǎn)品還有待考慮。對(duì)小容量段的產(chǎn)品制定限制損耗的標(biāo)準(zhǔn)時(shí),應(yīng)向國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家學(xué)習(xí),高度重視小容量配電變壓器的標(biāo)準(zhǔn)化、通用性和互換性要求,以此帶動(dòng)其他產(chǎn)品的節(jié)能降耗設(shè)計(jì)。
    (3)變壓器的節(jié)能降耗必須兼顧低壓配電系統(tǒng)降低線損、減小電壓波動(dòng)、提高供電質(zhì)量的連帶效應(yīng),決不能孤立的看待節(jié)能降耗工作。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)配電變壓器的小型化、密布點(diǎn)、限制供電半徑、降低低壓配電網(wǎng)線損、改善供電質(zhì)量應(yīng)有正確的引導(dǎo),除了大功率集中供電負(fù)荷需要之外,應(yīng)鼓勵(lì)建筑設(shè)計(jì)部門因地制宜地合理配置變壓器,在長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、合理性和增大配電裝置一次性投資之間進(jìn)行綜合比較,改變現(xiàn)在配電變壓器單臺(tái)容量越選越大的不正常的狀況。
    (4)銅鐵損耗比問(wèn)題,即變壓器負(fù)載和空載損耗比,是由變壓器的負(fù)載率決定的。一般而言,負(fù)載率低,銅鐵耗比應(yīng)增大;反之負(fù)載率高,銅鐵耗比應(yīng)減小,但這都是建立在矽鋼片材料性能不斷進(jìn)步的基礎(chǔ)之上。過(guò)去慣用的作法是搞二個(gè)系列,一個(gè)系列適用于城網(wǎng),負(fù)載率高;一個(gè)系列適用于農(nóng)網(wǎng),負(fù)載率低。能否在同一系列中,把握城、農(nóng)網(wǎng)變壓器的典型容量不同的特點(diǎn),選取不同銅鐵耗比的變壓器。即農(nóng)網(wǎng)采用的變壓器,由于居住分散,容量一般較小,負(fù)載率低,可采用銅鐵耗比大的變壓器;而城網(wǎng)用變壓器一般居住較集中,負(fù)載率較高,選用容量稍大而銅鐵耗比相對(duì)較小的變壓器。即系列段容量低端和高端的變壓器不必強(qiáng)求采用統(tǒng)一的銅鐵耗比。對(duì)變壓器損耗的評(píng)估,除有功損耗,即空載和負(fù)載損耗的總和之外,還應(yīng)考慮無(wú)功損耗。在這方面目前采用的鐵心多級(jí)接縫工藝,可將空載電流降至較水平。卷鐵心變壓器空載電流也很低,具有一定優(yōu)勢(shì)。阻抗電壓一般變化不大,對(duì)無(wú)功損耗影響不大,可不予考慮。對(duì)變壓器而言,有功損耗所占比例較大,是影響變壓器損耗的主要方面。
    (5)在推出一個(gè)新的節(jié)能型變壓器系列時(shí),不能不考慮該系列各種不同容量規(guī)格產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的材料消耗問(wèn)題,在節(jié)能的同時(shí),也不能過(guò)分地增加材料的消耗,應(yīng)將單位容量的材料消耗量作為評(píng)價(jià)系列產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)性、經(jīng)濟(jì)性的一個(gè)指標(biāo),進(jìn)行綜合考慮。且不應(yīng)單純追求材料性能指標(biāo)要求,從而減少對(duì)國(guó)外材料供應(yīng)商過(guò)分的依賴。
    4 全密封變壓器
    為減少配電變壓器運(yùn)行維護(hù)工作量,已有相當(dāng)部分的變壓器廠將油箱從扁管式散熱油箱或片式散熱器油箱改為波紋式散熱油箱或膨脹片式散熱器油箱,取消了油枕。其中,波紋油箱采用帶氣墊或不帶氣墊2種型式,變壓器研究所已制定了相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,應(yīng)注意波紋油箱吞吐量和油膨脹量協(xié)調(diào)一致的問(wèn)題,不能讓油箱中產(chǎn)生過(guò)高的正壓或真空,否則,反復(fù)的正壓或真空作用下容易破壞運(yùn)行中變壓器的密封。油箱的吞吐量與所使用波紋片或膨脹片式散熱器的鋼板彈性有很大關(guān)系。如果達(dá)不到預(yù)期的吞吐量,就應(yīng)該采用適當(dāng)?shù)挠捅蛐∮驼韥?lái)部分補(bǔ)償液面的過(guò)分下降。對(duì)帶氣墊的全密封變壓器也應(yīng)注意油箱頂部結(jié)構(gòu)的密封狀況,以適應(yīng)長(zhǎng)期運(yùn)行冷熱交替的考驗(yàn),真正起到全密封的作用。
    5 組件及材料
    近年來(lái),隨著改革開(kāi)放的形勢(shì)發(fā)展,許多國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)被引入,在變壓器的組件及材料方面也不例外,如套管、分接開(kāi)關(guān)、散熱器等組件和換位導(dǎo)線、紙絕緣材料、絕緣油等材料已有不少國(guó)外廠商在國(guó)內(nèi)建廠進(jìn)行生產(chǎn)和銷售。對(duì)變壓器組件及材料質(zhì)量的提高起到了很大的推動(dòng)作用。除了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式之外,還有一些全新結(jié)構(gòu)的組件制造技術(shù)被引入,如插拔式電纜終端套管,從10—110kV已成系列供貨等,無(wú)疑為我們提供了更多的選擇。
    就是一些小的組件,如溫控器、氣體繼電器、油流信號(hào)計(jì)、油位計(jì)以及油泵、風(fēng)扇、壓力釋放閥等也有較好的產(chǎn)品被引進(jìn),整體上提高了變壓器的內(nèi)在和外觀質(zhì)量水平。
    但不容否認(rèn)的是也有一些國(guó)內(nèi)的小廠在生產(chǎn)質(zhì)量低劣的組件及材料,如灰分和介損較高的絕緣紙、自粘性換位導(dǎo)線的自粘膠流淌、用再生油替代新絕緣油等。在目前市場(chǎng)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)激烈的情況下,制造廠的贏利空間已經(jīng)很小,有的變壓器廠管理水平低,為了達(dá)到贏利的目的,不惜犧牲變壓器的長(zhǎng)期運(yùn)行可靠性和使用壽命,造成了良銹不分、以假亂真的局面。采用一些質(zhì)量低劣的組件和材料制成的變壓器,其出廠例行試驗(yàn)照樣可以通過(guò),而且在短期運(yùn)行中問(wèn)題也不會(huì)馬上暴露,而一旦暴露,就有同類事故頻發(fā)的癥狀,對(duì)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅,我們必須對(duì)此保持警惕,重視組件和材料標(biāo)準(zhǔn),加強(qiáng)入廠檢驗(yàn)。
    6 單相制供電和20kV高壓配網(wǎng)供電
    目前,國(guó)內(nèi)已有單相制供電和20kV配網(wǎng)供電的試點(diǎn)。單相制供電對(duì)居住比較分散的別墅小區(qū)和度假村的供電較為有利,而20kv高壓配網(wǎng)供電對(duì)城市改善電網(wǎng)規(guī)劃、減少電源結(jié)點(diǎn)、擴(kuò)大供電范圍是有利的。應(yīng)該說(shuō),這2項(xiàng)試點(diǎn)對(duì)變壓器制造業(yè)來(lái)說(shuō)均無(wú)太大的難度,特別是單相三線制供電的單相變壓器,采用卷鐵心結(jié)構(gòu),在節(jié)能降噪方面有較大優(yōu)勢(shì)。建議在新區(qū)建設(shè)中繼續(xù)擴(kuò)大試點(diǎn)范圍。
    7 110kV變壓器局放試驗(yàn)
    新的IEC標(biāo)準(zhǔn)IEC60076-3和國(guó)際規(guī)定,110kV油浸式變壓器應(yīng)在感應(yīng)耐壓試驗(yàn)的同時(shí)增加局部放電測(cè)量要求,且把這作為變壓器出廠例行試驗(yàn)項(xiàng)目逐臺(tái)進(jìn)行,這對(duì)控制變壓器產(chǎn)品的制造質(zhì)量,提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和工藝水平是有利的。目前,110kV變壓器廠都在積極開(kāi)展這項(xiàng)過(guò)去不曾做過(guò)的試驗(yàn),相信通過(guò)局部放電試驗(yàn)的變壓器產(chǎn)品將有更高的運(yùn)行可靠性。供電部門也應(yīng)積極創(chuàng)造條件,在交接驗(yàn)收試驗(yàn)中增加對(duì)110kV變壓器局部放電測(cè)量的要求,以此控制變壓器的安裝質(zhì)量。
    8 城網(wǎng)新型配電裝置
    在城網(wǎng)供電用電器產(chǎn)品中,近地域的需求。此外,還引進(jìn)了地埋式或半地埋式變壓器、箱變等用于解決路燈等供電需要。干式變壓器也有澆注,纏繞和敝開(kāi)通風(fēng)式等不同類型產(chǎn)品。新型供電設(shè)備的引進(jìn)和發(fā)展,滿足了城鄉(xiāng)電網(wǎng)建設(shè)對(duì)電器產(chǎn)品多元化選擇的需要,但目前的狀況是標(biāo)準(zhǔn)的制定速度往往趕不上設(shè)備制造和技術(shù)引進(jìn)的速度,因此,應(yīng)盡快制定新產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn),弄清其使用性能及電網(wǎng)對(duì)它的特殊要求。