S11地埋式变压器剖析.docx
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S11地埋式变压器剖析
第46卷第12期2009年12月妻珏Z圊同
Vo1.46No.12December2009油浸地下式组合变压器的设计朱志铭,顾虹2
215200)
(1.上海电力实业总公司,上海200001;2.吴江市变压器厂有限公司,江苏吴江摘要:
介绍了10kV油浸地下式组合变压器的技术要求及设计要点。
关键词:
地下式组合变压器;技术要求;设计中圈分类号:
TM402文献标识码:
B文章编号:
1001—8425(2009)l2-0005—03DesignofOil-ImmersedUndergroundIntegralTransformerZHUZhi.ming.GUHong
(1.ShanghaiElectricPowerIndustryCompany,Shanghai200001,China;
2.WujiangTransformerWorksCo.,Ltd.,Wujiang215200,China)Abstract;Thetechnicalrequirementsandkeydesignpointsof10kVoil-immersedundergroundintegraltransformerarepresented.
Keywords:
Undergroundintegraltransformer;Technicalrequirement;Design1前言随着人们环保意识的不断加强,对传统配电变压器,除了要求低噪声、低损耗及占有空间小外,还提出了新的要求——无视觉污染,于是地下式变压器就应运而生了。
地下式变压器是一种新型的输配电设备,是一种可安装在地下(或地坑)的全密封配电变压器和组合变压器。
它与传统配电变压器相比,具有很大的优越性。
如防水、防污,能适用于各运行环境;不占有空间,无视觉污染;全绝缘免维护。
可有效解决变压器占用场地及对外界自然环境影响的问题,可避免遭受外界无意或恶意的破坏,抵御洪涝灾害,保证供电可靠性。
而地下组合式变压器是在地下配电变压器的基础上增加了高、低压的保护电器。
本文中对运行于上海地下配电网中的一台ZGS1I—H-
D一315/10地下组合式变压器设计做了介绍。
该变压器2004年通过了变压器国家质量监督检验中心的全部试验,并已批量生产,至今已挂网运行多年。
2变压器的技术要求和参数
(1)环境温度(指坑道内允许的空气温度)。
最高环境温度+55oC
最低环境温度一I0°C最高月平均温度+45C
(2)安装环境。
无爆炸性、腐蚀性气体,安装场所无剧烈震动冲击,变压器可在地坑或泥土中。
油箱和裸露部分浸没于水中能长期运行。
(3)基本参数。
额定电压10kV/0.4kV高压侧电器最高工作电压12kV额定频率50Hz
额定容量315kVA
高压分接范~~2x2.5%或一,x2.5%
联结组别Dynll高压电器元件电流:
高压负荷开关额定电流315A高压负荷开关额定短时耐受电流(2s)16kA高压熔断器额定短路开断电流31.5kA
声级水平(A计权声压级)~48dB(A)
外壳防护等级IP68
绝缘耐热等级B级
(4)地下组合式变压器主回路图如图1所示。
3地下式变压器的设计要点
(1)密封问题是保证产品达到IP68防护等级的
6蠢珏第46卷
图1一次系统图
Fig.1Diagramofprimarysystem
技术关键。
包括变压器高、低压出线、各电器元件与外界的密封问题,在安装施工时与高、低压电缆连接的密封等问题。
(2)绝缘系统设计。
(3)变压器的散热计算。
此外还有绝缘结构设计、油箱散热器选择等。
3.1密封设计国内外高、低压出线、各电器元件的密封方法有以下几种。
(1)采用环氧树脂浇注成型的油箱及箱盖。
高、低压出线装置、各电器元件固定件与环氧浇成一体,确保其密封性能。
其优点是可靠性高,节省天然资源。
缺点是设备投资大,油箱与油的热交换效果差,一般适用于容量小于200kVA的地下式油浸配变。
(2)采用金属外壳,高、低压出线采用电缆出线装置,在箱盖顶部加装一个金属密封盒,预留出高、低压电缆出线孔,孔上附有特殊的密封件,以保证出线孑L的密封。
其优点是可靠性较高,变压器的散热效果好,不用增添新设备。
缺点是高度增加,可靠性较第一方案差。
(3)采用金属外壳,高压出线采用自身带双密封装置的肘型套管。
其他电器元件也如此。
这种结构可视性好,电器元件操作方便,可降低总高度。
最大优点是低压可实现多路出线。
笔者在设计中采用了此结构。
3.2绝缘系统设计因为地下变压器在地坑内,根据地下变压器实际的运行环境:
)地坑内的通风道有可能被地面的各种垃圾给堵死,变压器要在通风道几乎不起作用的情况下安全运行。
②坑外大气温度的变化。
③变压
器本身可能在一定时间内承受的超铭牌容量运行。
因此对变压器绝缘系统耐热能力提出了很高的要求
为了进一步提高变压器的超铭牌容量运行能力,同时要适当减小体积,提高变压器的绝缘耐热等级,采用最低为B级的混合耐热绝缘系统可解决这些问题。
根据IEC60076—14标准,混合绝缘系统是指在一台采用常规绝缘油作为液体绝缘介质并具有密封油保护系统的油浸变压器中,为使某些具有较高的温升限值而在其内部与导体直接相邻的部位采用耐高温固体绝缘材料,同时变压器内部其他温升较低的部位仍采用常规纤维质绝缘材料的一种复合式绝缘布置方式。
油箱内所有绝缘件均采用B级以绝缘材料。
与绕组直接相邻的部位采用NOME芳香聚酰胺绝缘纸及纸板。
如:
高、低压内纸筒及端绝缘采用经H级漆浸渍的NOME纸板,层间绝缘采用NOMEX绝缘纸,低压导线采用NOME纸包铜扁线。
F级QQ(G)B-1/155改性缩醛漆包圆铜线。
其他相对远离导体的部位,例如相问隔板、铁轭绝缘及夹件绝缘等远离绕组的绝缘件用F级或B级绝缘材料。
这样配合的绝缘系统绕组内最热点温良可达到C级耐热等级220C,而普通变压器油的闪点温度在170C〜190C,因此笔者选择高燃点油作为绝缘介质••绝缘油采用B油或高露宝高燃点油,其耐热绝缘等级勾F级,这种混合绝缘能很好地满足地下变压器的运行要求。
3.3变压器的散热设计由于采用了高燃点油作为散热介质,其粘度比常规变压器油大得多,并且耐热绝缘等级又提高了,因此散热设计与常规有所不同。
地下变压器所适用的特殊环境一地坑,它相对于户外用变压器来说存在两种相对温度差(温升):
(1)变压器的温度相对于地坑的温差值。
(2)变压器的温度相对于地坑外大气的温差值。
后者减前者为地坑的温度与大气的温差值。
JBfF10544—2006地下式变压器标准规定,其温
升限值比普通变压器低10K。
温升计算的目的在于使变压器所用的材料(主要是绝缘材料)在正常使用环境下,不超过材料的最高使用温度,满足变压器没计的预期寿命。
3.4绝缘结构设计绝缘结构设计要保证油流的畅通,提高和改善产品的散热效果,具体办法有:
(1)适当加大油道宽度。
(2)适当增大撑条帘的每挡跨度(3)在满足绝缘距离的前提下,把两个小油道合并成大油道。
(4)铁轭
绝缘采用带油道型垫块。
(5)在结构允许的前提下,可以加导油挡板。
第12期朱志铭、顾虹:
油浸地下式组合变压器的设计7
3.5油箱散热器的选择上述变压器选用不锈钢油箱,与之配套的是不锈钢波纹片或不锈钢散热片。
在选用不锈钢波纹片时,波深尽量小,片间距比常规要稍大些,可选取
50mm以上。
4油面温升及绕组温升的确定
由于采用混合绝缘结构,油温升按B级考虑,绕组温升按F级绝缘考虑(见表1)。
绕组所用绝缘材料均为F级绝缘以上材料,绝缘油采用0油或高露宝高燃点油。
表l的温升限值包括地坑的温度与大气的温差值。
实际计算时,所取的温升限值应减去这一项。
表1温升限值
'Fable1Temperatureriselimits绝缘耐热等级湍升
BF
油面温升限值,K75绕阻平均温升限值,Klo0
最高耐热温度,C130155
铁心及其他金属结在任何情况下,不会出现使铁心本身其构件他部件或其相邻的材料受到损害的温度
5试验
5.1试验条件在无通风的地坑中且在总损耗下。
地坑内布置如图2所示。
5.2试验数据
ZGSII—H-D—315/10地下组合式变压器设计和
试验技术参数如表2和表3所示。
参考文献:
【11谢毓城.电力变电器手册【M】.北京,机械工业出版社,
2o03.
[2]GB/T6450-2000,干式电力变压器技术参数和要求[S】.
图2地坑内试验布置图
Fig.2Distributiondiagramofundergroundtest
表2技术参数
Table2Technicalparameters
额定容量空载损耗,W负载损耗/W
kVA标准设计实测标准没冲实测
3154804404503650367()370o
额定容量空载电流,%短路阻抗/%
/kVA标准设计实测标准设计实测
3l50.450_30.1543.983.96
表3温升数据
Table3Dataoftemperaturerise
\搞丹与坑外环高压绕组低压绕组油平均油面
\境平均温温升
我菌\差值,K温〜卜/K温〜I-/K温升/K/K
实测值15.583.38256.772
计算值1480.57858.871
保证值1585/10085/1006075
[3]G/T15164—1994,油浸式电力变压器负载〜0IIS].
[4]JB/T10544-2006,地下式变压器[S].
【5]JB,r10217-2000,组合式变压器【S1.
[6]IEC60076-14,液浸式电力变压器用高温绝缘耐热材料
的设计和使用fS].
收稿151期:
2009—04—13
作者简介:
朱志铭(1951一),男,上海市人,上海电力实业总公司电力工程技师,长期从事电力工程的安装指挥及监
督工作;
顾虹(1971一),女,江苏吴江人,吴江市变压器厂有限公司技术部高级工程师,从事变压器、预装式变电站、高、低压成套开关设备的设计与开发工作。
•+-+-+-—卜-+-+-+-+--+--—+--+--_卜*—卜-—卜一+—+-+-+-+--4--+-十—-+-+-+—|—+-+-+-+—+-—
武钢下调10月产品出厂价
武钢热轧Q195SPH及优碳系统不含税价格下调400卷中普碳、优碳、家电用钢不合税下调300元/吨。
其线材下
元/吨,其他所有品种不含税价格下调300元/吨。
普碳、优调100S400元不等,镀锌产品部分下调300元/吨,型
碳钢系统、低合金系统、桥梁钢不含税价下调200元/吨,容材、镀锡、彩涂、硅钢均维持价格不变。
器钢系统不含税价下调150元/吨,船板价格不变。
冷轧板S11-M.R.D地埋式电力变压器
日期:
2009年9月13日浏览[538]
产品技术:
S11-M.R.D地埋式电力变压器,其防水、密封、绝缘、防腐、防震、散热等采用的新技术,填补了国内外同行业的空白,技术水平
达到了国内外同类产品先进水平。
该项技术拥有完全的自主知识产权,产品通过了辽宁省科学技术厅科技成果鉴定,并已经获得国家专利(专利号ZL022
75105.X)。
产品市场:
S11-M.R.D地埋式电力变压器是替代现有箱式变压器换代产品。
我国每年箱式变压器的市场需求量达几十万台。
S11-M.R.D地
埋式电力变压器空载损耗比S9低30%仅以辽宁为例,其年用电量在2000万kVA
左右,若上网运行后,每年节约能源费用达上百万元。
资金需求与回报预期:
项目总投资5000万元,计划年生产能力2000台,预计销售
收入2亿元,利税3200万元,首期3500万元已经投入,尚缺口1500万元。
如资金
到位,迅速形成生产能力,资金回收期仅为1.5年。
1.专利技术项目的背景
地埋电力变压器是一种新型变压器,具有安装简便灵活、占地面积少、免维护,具有环保节能功能和美化环境等特点,适应现代化城市建设发展的需要的
电器设备。
。
地埋电力变压器是传统箱式变电站分解体设备,安装在与公众无直接接触的户外基准地面以下,具备长期浸没在水中运行的变压器。
地埋电力变压器具有变配电功能,是传统的变电站(箱式变电站)换代产品,广泛适用于城市建设及工业园区和住宅小区。
随着城市规划的发展和城市电网改造的不断深入,尤其在大城市负荷密集地区,地埋电力变压器由于其占地面积小,具有环保、节能、安全,安装方便和免维护等特点,逐渐成为电网配电发展改造的新方向。
随着城市现代化建设发展和新农村的建设,城市规划和城市面貌越来越为政府和百姓所重视,传统地面上形式电力设备不仅占用地表面积、与市容不协调,视觉污染和环境污染严重而且易遭受自然界和外界无意或恶意的破坏,从而影响供电可靠性。
因此,使用可在地表面以下运行的电力设备是今后电网改造的趋势,经济发达的欧、美国家已经大量使用地埋式电力设备,其优势得到明显体现。
对于目前国内情况而言,最适合采用地埋电力变压器的场合有:
人口密集的中心城区、街道、高速公路、桥梁、隧道、停车场、机场、港口、旅游景点,别墅、花园小区等,由于安装在地下或地坑内,安装后不占用地表面积,不影响观瞻,且可避免遭受外界无意或恶意的破坏,可抵御洪涝灾害,节能、环保、安全保证供电的可靠性,减少了视觉污染和环境污染,从而与现代城市建设发展相一致。
根据电力事业发展的需要,城镇电网将逐渐从架空线路转入地下电缆,以适应城市发展的需要。
电力设备运行要安全可靠、节能、环保,以减少城镇建设中电力设施存在的视觉污染和环境污染。
设备运行维护量高等不利因素。
而目前在国内适应这种发展需要配套的地下电器设备靠国外进口,还需附加各种配套设施,价格高,费用大,解决不了变压器设备运行的散热、防水、防腐等问题。
本项目生产的地埋电力变压器从技术和质量、环保节能运行安全等方面均达到国际先进科学技术水平并且解决了防腐、防潮、防水、散热的难题,在国际科学技术查新六项新技术中(辽宁科技情报研究所调查新结论):
1变压器上层左右侧箱体为一二次电缆应力屏蔽箱;
2器身上层主箱体内设一二次进出引线与电缆连接、消磁母线;
3绝缘油采用高燃点Beta油;
4变压器引出入线采用三相交联电缆直接连结引出箱体;
5油箱采用防腐涂料渗透技术;
6变压器纵绝缘全部采用H级绝缘材料。
前五项为发明新技术,第三项同日本技术相同。
在中压电网供变电设备领域填补国际国内空白。
专利技术项目建设对电网发展建设具有十分重要的意义。
振兴中国工业基础是党中央、国务院提出的重要举措,适应世界经济发展和社会建设需要,发展电力工业科技产品,发展环保节能工业这已经得到了国务院的高度重视。
2.专利技术项目建设的重要性和必要性
2.1专利技术项目建设是电力设备发展的需要地埋电力变压器其本身优点有:
1)、采用配电网多点地埋电力变压器供电改造方案,10KV配电线路直接进入负荷中心,配变采用小容量、密布点不受地形影响,10KV高压网延长低压网缩短,大大减少了低压线路线损。
2)、采用地埋电力变压器安装灵活,可以直接埋入地下,供电控制设备占地面积少,地上面积不足一平方米,高度是箱式变电站的三分之一,地埋电力变压器上部的地面可以绿化,美化环境。
3)、采用小容量、密布点,在城市大型楼宇中一楼一变或一楼多变,在个别设备发生故障时,停电检修影响面不大;在农村供电中采用杆下直埋小容量地埋电力变压器,几户一变,减少线损和被盗事故,有力地提高供电可靠率。
4)、由于10KV高压直接到用户,低压线路较短,仅为接户部分,到用户实际电压与额定电压最为接近,欠压时间和超压时间质量得到保证。
5)、有利于供电部门线路的考核。
每台地埋电力变压器、配电箱均装设综合测试议,可方便实现电能计量、分时计量、最大需量计量、瞬时电量测量、电压合格率自动计算、负荷曲线绘制、事件记录等功能,有利于供电部门的分台片考核,与线损奖直接挂钩。
6)、地埋电力变压器采用国际先进制造技术,即使满负荷运行,噪音也小,符合国家环保标准。
也可置于绿化带水下和恶劣环境,可方便实现“环保化”,
建成没有视觉污染和环境污染的现代城市街区,美化了城市环境。
目前在城市改造建设、新农村建设及住宅开发中要求电力部门在设置供电设备时不影响城区建设的景观效果前提下,尽量减少供电设备占地面积。
7)、地埋电力变压器在城市零散供电中,可替代原路旁配电变压器台供电。
这样使城市道路两旁清洁美观、安全可靠,减少了由于雨雪天造成的停电事故,减少了维护量。
在城市建设中,电力网线入地,供电点征地困难,安装地埋电力变压器可解决其实际困难。
2.2城网改造与基本建设要求的需要我国城市建设近年来发展迅速,城市发展建设、新农村的发展和人们生活水平不断提高,城市用电量以每年15%速度增长,历史遗留集中式三相四线制低压配电网出现许多不利于电力发展的情况。
据电力部门统计,10KV及以下电力网络损失电量占统计总损失量的10%,特别0.4KV低压电网存在线损率高,故障多,末端电压低的通病。
虽然经城乡电网改造后,农村低压电网纯线损率高达12%,城市低压电网纯线损率高达10%〜30%,如何进一步降低配电
网络电能损失,是低压电网技术改造的一个重要课题。
随着社会经济水平提高和第三产业的发展、城区扩展建设、新农村的建设发展和人们生活水平提高,商业网点不断增加,家用电器负荷增加,用户用电量激
增,每户用电量由2KW增加到10KW。
居民小区供电点多为集中式大容量箱式变电站,低压供电半径为100〜200米,变压器容量多为400〜1000KVA以上,以一户一表电能计量方式,所有变压器损耗、线路损耗都由供电系统承担,给供电企业带来了经济损失。
采用10KV配电网多点供电,按小容量、密
布点,参照发达国家的方式供电,使10KV电源直接进入用电负荷中心,低压线损接近零,有着显著的经济效益和社会效益。
地埋电力变压器作为一种箱式变电站更新换代产品,代替传统的箱式变电站和配电线路变压器台已为不可逆转的发展趋势。
本项目采用了许多先进技术、关键技术为国内、外首次应用,其中即有设计结构的创新,又有先进工艺的应用,还有新材料的选用,可以说它是一个综合技术集成的产品,填补国际、国内电力行业高中压电网电器设备的空白,使电器设备产品技术含量高、节能、环保,适应城市电网发展的需要。
2.3地埋专利技术项目是促进经济发展、构建环保社会的需要几年来,我国的城市建设发生了很大变化,人们对环境保护认识不断提高,景观路建设、花园式工厂、新农村建设的居民住宅花园式庭院、超市比比皆是,形成了市区的一道道风景线,在碧水、蓝天、绿树的映衬下,各种产业正在焕发勃勃生机。
因此,国家政府对城市农村的美化、绿化、亮化等基础工程建设也提出了更新的要求。
电力输送在满足功能要求的同时也要求满足环境环保节能的需要。
政府也在不断勾画着城市和新农村建设的蓝图。
结合生态环境,充分考虑城市气魄和韵味,人文景观和自然风貌、经济特色和环境等诸多因素,把基础设施建设提升到突出位置。
注重环境的绿化、美化、亮化、净化,建设品位高雅,风格独特赏心悦目的城镇新景区。
地埋电力变压器完全满足上述要求。
4.市场、技术分析4.1市场分析4.1.1地埋电力变压器产品特性
地埋电力变压器是采用S系列全密封油浸式电力变压器的基础上增加地埋技术条件具有防腐、散热、防潮防水功能,完全达到国际认证IP68功能和标准<与同类产品插拔式地埋变压器相比,可长期侵入水中运行,不受环境限制无需做防水处理。
可以直接安装在负荷中心,具备节能条件。
箱体采用国际先进的防腐技术,防腐性能比热镀锌、热镀铝提高了三倍以上。
具有防潮湿、防腐蚀、防冻裂、阻燃、机械强度高、操作简单等特点,埋于地下可达30年免维护。
地埋电力变压器可应用于城市配电网多点供电,10KV电源直接进入用电负荷中心,便于停电检修,提高了供电可靠率,线损接近零,电压质量得到保证,不受环境温度影响,有效的解决了环境污染和视觉污染,减少电力设备占地面积,是城市建设最佳节能环保型供电设备。
其特征:
1)、一二次高低压进出线采用防水全密封、全绝缘、全屏蔽的接线方式。
2)、箱体外壳采用防腐、全密封、可长期浸入水中运行。
3)、保护系统充分考虑操作方便和安全可靠性。
4)、地面上采用操作方式完全符合变压器安装运行规程。
5)、充分考虑散热条件的特殊性,地埋式电力变压器按低损耗与加强绝缘能力设计。
6)、地埋电力变压器安装无需防水保护措施。
4.1.2国外市场现状和发展预测一个世纪以来,虽然电力变压器原理未曾改变,但是随着年代的推进,先进生产设备日臻完善,因而各项技术参数越来越先进。
目前,世界主要是北美和欧洲的部分国家对地埋式变压器的应用比较普遍,技术日趋成熟。
例如在美国纽约,已有数以万计的插拔式地埋式变压器在各个地区使用。
在GE公司的同类产品中,主要有两大类,既商用插拔式地埋变压器(GST)和网络变压器。
其中,商用插拔式地埋变压器即地埋式变压器产品,它主要用于用电负荷密度特别大的地区。
网络变压器是一种二次侧连成网络的配电变压器,一般每50-100台变压器连成一具网络,采用二次侧并联供电方式,一旦变压器出现故障,并不影响对末端用户的供电,因此大大提高了供电的可靠性。
4.1.3国内市场现状和发展预测我国配电变压器是指电压为10KV以下,容量为1200KVA以下直接向终端用户供电的电力变压器。
目前全国网上运行配电变压器总电能损耗为411亿KWh,约占2000年总发电量的3.16%。
尽管配电变压器已是高效的设备(80%),但由于其数量巨大和空载耗电的固定性,变压器效率即便有微小的改进也能获得相当大的能源节约和减少温室气体的排放,因此其本身存在着巨大的节能潜力。
90年代后期,我国配电变压器行业的发展速度较快。
1999年电力变压器产量增长了24.8%。
2000年电力变压器产量增长了15.88%,配电变压器的数量比重逐年增长。
城乡电网改造工程选用的油浸式配电变压器设备已经全部实现由S7型向S9型转换,普及S9型发展S11型。
随着市场经济的发展和科学技术不断进步,新材料、新工艺得到了广泛应用,新的低损耗配电变压器相继开发成功。
国内许多变压器制造商投入了大量资金引进国外先进的制造技术及设备,不断研制开发低损耗变压器和各种结构形式的变压器。
进入21世纪以后,我国有少数厂家从国外引进了地埋式变压器技术,但都没有使其得到进一步的发展,在运行过程中往往还暴露出许多技术缺陷。
另外在市场发展上,制造商对市场开发投入力量不足,开拓能力、宣传工作能力较差,市场基本处于空白状态。
4.1.4市场前景分析
变压器是电网配电的重要设备,主要包括运行在主干电网的
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- S11 变压器 剖析