應用于20kV電網的變壓器改造可行性探討

唐 昕，周錫忠

（嘉興電力局，浙江 嘉興 314033）

隨著地區電網用電負荷的劇增和可用土地面積的約束，10kV配電網供電半徑偏小、供配電能力不足、供電可靠性較差等問題逐漸顯現。20kV配電網在負荷密度大、線路長的情況下，在增大輸送容量、降低網損等方面效益十分顯著。根據目前嘉興電網結構和負荷情況，在現有10kV電網的基礎上進行20kV改造尤為必要。

由于通用變壓器無20kV電壓等級，配網引入20kV電壓等級后，就涉及變壓器改造問題，從技術角度分析是完全可行的。由于各變壓器廠生產的變壓器在結構、選材、工藝等方面不盡相同，要針對每臺的具體情況制訂不同的改造方案。下面就20kV電網中對變壓器進行改造的可行性作一探討。

1 20kV系統中性點接地方式的選擇

變壓器改造是利用一定存量或原有的變壓器，對低壓繞組進行20kV升壓改造。首先需確定20kV系統中性點的接地方式，它關系到改造后變壓器接線組別的選擇。

電力系統中性點接地方式，直接影響到系統的絕緣水平、運行的安全可靠性和電力設備的造價。因此，20kV系統中性點采取何種接地方式，是一個綜合性的經濟技術問題，要全面分析。

中性點經小電阻接地電網與中性點不接地電網相比，在消除間歇電弧過電壓、自動檢出故障線路、預防諧振過電壓等方面有其優勢；與經消弧線圈接地電網相比，在故障線路快速切除、自動重合閘方面有其優勢。為確保20kV設備的安全可靠運行，建議20kV系統中性點采用小電阻接地方式。其優點有：

（1）降低了20kV系統的過電壓水平，特別是避免了小電流接地系統中弧光接地過電壓對設備的危害，有利于設備絕緣配合。

（2）小電阻接地方式不會引起系統中性點不平衡電壓的放大，進而造成系統虛假接地現象。相應減少了鐵磁諧振過電壓發生的概率。

（3）降低新設備造價，減少了利用舊設備升壓改造的投資。

缺點是20kV線路跳閘率會相應提高。對此，應相應提高重合閘動作的可靠性。

2 220kV與110kV主變改造

2.1 220kV主變改造

嘉興電力局目前運行的220kV主變有2種類型，即：三繞組變壓器和自耦式變壓器。三繞組變壓器的接線組別為YN ynO d11；自耦式變壓器的接線組別為YN a0.ynO+d。可返廠進行如下改造：

（1）取消35kV繞組，將相應的35kV繞組改造為20kV繞組。為了滿足接線組別的要求，相應增加1個10kV平衡繞組，同時進行上節油箱改造。

（2）將三繞組變壓器的接線組別改造為YN ynO yn+d11，即220，110和 20kV繞組為星形接線，另增加1個10kV平衡繞組成三角形接線。

自耦式變壓器的接線組別改造為YN a0.ynO+d11，即220，110和 20kV繞組為星形接線，另增加1個10kV平衡繞組成三角形接線。

（3）改造后變壓器各側繞組的額定容量比建議采用： 100%/100%/（40%～60%）/（25%～30%）。

2.2 110kV主變改造

嘉興電力局目前運行的110kV主變有2種類型，即：三繞組變壓器和二繞組變壓器。三繞組變壓器的接線組別為YN ynO d11，電壓比為：110/35/10kV；二繞組變壓器的接線組別為YN d11，電壓比為：110/10kV。

（1）二繞組變壓器中取消10kV繞組，增加20kV繞組。三繞組變壓器中取消35kV繞組及10kV繞組，增加20kV繞組。

（2）改造后的變壓器接線組別均為YN ynO+d11，即110kV和20kV繞組為星形接線，另增加1個10kV平衡繞組成三角形接線。

（3）改造后變壓器各側繞組的額定容量比建議采用：100%/100%/100%。

2.3 改造方案的優、缺點分析

上述變壓器改造方案的優點有∶一是取消了接地變，能有效防止接地變故障跳閘后，因失去小電阻而改變了系統的接地方式，危及安全運行故障的發生。二是引入了10kV繞組可以起到2個作用：20kV升壓改造過程中，可以對未經改造的10kV線路繼續供電（或對短期存在的10kV和20kV混供區供電）；全部20kV升壓改造工作結束后，可作平衡繞組使用。

缺點：由于低壓繞組改造，必須拔出高、低壓線圈（低壓線圈換成20kV線圈）。高壓線圈存在絕緣損壞，線圈間焊接點增加而局部溫升高的風險；矽鋼片拆裝過程中可能會存在矽鋼片局部受損的情況，造成局放量增大；由于變壓器器身幾何尺寸整體基本不作變動，因此，其阻抗電壓變化不大。與同類型新變壓器（20kV）比較，空載損耗要增大。

上述問題可以通過擇優委托變壓器廠家；嚴格制定變壓器改造的技術標準；加強駐廠監造和出廠驗收等手段來進行掌控。

3 10kV配變改造

3.1 油浸式普通配變改造

由于10kV油浸式普通配變受鐵芯窗口、絕緣距離和油箱尺寸等因素限制，同時考慮到主絕緣溫升、阻抗電壓、損耗之間的制約關系。在這些參數的性能指標滿足國標要求下，實現10kV配變升壓到20kV的可行辦法是：降低原有配變容量。即：油浸式普通配變升壓減容改造。據初步分析減容幅度約為原配變的30%左右。改造內容∶

（1）高、低線圈更換，即升壓減容。由于10kV配變高、低壓線圈是采用一體式繞制的工藝，無法單獨更換高壓線圈；并且，低壓線圈同時更換，可節省鐵芯窗口的空間。

（2）適當增加鐵芯截面。即增加部分矽鋼片，達到減少損耗、降低空載電流的目的，以保證變壓器不出現過勵磁。

（3）油箱大蓋更換。滿足20kV套管相間距離。

3.2 方案的優、缺點

升壓減容改造原有10kV配變，充分利用了原有設備資源。但是其改造費用較大；設備容量降低；空載損耗增大；噪聲水平提高。對此，可以通過以下手段進行控制∶

（1）采購少量大容量20kV配變，進行大、小容量20kV配變逐級替換解決，或利用35kV主變降壓改造為20kV大容量配電變壓器。

表1 變壓器改造及新購變壓器的費用對比

（2）嚴格變壓器改造的技術標準。

（3）加強設備出廠驗收。

干式變壓器可以升壓改造，方案基本同油浸式普通配變。

3.3 卷鐵芯配變

卷鐵芯配電變壓器由于結構因素，高、低壓線圈無法抽出鐵芯，一般情況下無法進行升壓減容改造。如果改造廠具備對卷鐵芯配電變壓器高、低壓線圈拆除條件，其改造方案與油浸式普通配變相同。

4 綜合經濟分析

不同電壓等級的變壓器，改造費用所占變壓器原價比例如下。

（1）220kV變壓器返廠改造費用（三圈變和自耦變同視）為現有變壓器價格×（20%～25%）。

（2）110kV變壓器返廠改造費用為現有變壓器價格×（25%～28%）。

（3）10kV配電變壓器（油浸式）返廠改造費用為現有配電變壓器價格×（50%～65%）。

各電壓等級變壓器改造和新購費用比較見表1。因變壓器制造廠在選材、設計及工藝方面的差異，新變壓器價格僅供參考。

5 結語

根據嘉興電網的現狀和遠景規劃，對變壓器20kV改造的可行性進行了探討，重點分析了變壓器改造中的問題和解決方案；同時對改造變壓器及新購變壓器進行了綜合經濟比較。變壓器20kV改造需根據實際情況做針對性分析，以確保改造方案的科學、經濟、可行。

[1] 李岳，王曉弘，李樹平，等.中壓配電網采用20kV電壓等級的探討[J].黑龍江電力，2008，（6）∶409-414.