大慶油田35k V電力變壓器的降耗改造

王利國 梁安國 應俊 阮萬江（大慶油田電力集團實業公司）

大慶油田35k V電力變壓器的降耗改造

王利國 梁安國 應俊 阮萬江（大慶油田電力集團實業公司）

針對目前油田在用的294臺高耗能變壓器數量多、型號雜的情況，分析了35 k V油浸電力變壓器的絕緣結構和技術性能指標，依據高耗能變壓器性能數據，提出了節能技術改造方案，即通過增加變壓器繞組匝數和繞組線徑達到降耗的目的。變壓器降耗改造的結果分析表明，主變性能指標大幅度提高，每年可節約上千萬的電費；改造后的變壓器運行可靠性提高，提升了油田電網的供電質量。

35 k V級變壓器 高耗能 節能改造 經濟效益分析 改進方案

目前，大慶油田電網中運行的35 k V變壓器損耗大、能源浪費嚴重、鋁線圈繞組抗沖擊性能差，屬于國家電網節能減排內容之一。對高耗能變壓器進行改造，使之成為S9型或更優的S10型、S11型節能變壓器，達到最佳的節能改造效果[1,2]。

1 降耗改造的理論依據

G B/T6451—2008《三相油浸式電力變壓器技術參數和要求》中的性能參數為S9系列。其主要特點如下：

1）在高壓繞組端部加裝角環，線圈高度增加25mm左右。

2）高、低壓線圈之間的絕緣，由原來的厚紙筒大油隙設計理論，改為薄紙筒小油隙、小體積分割設計理論。高、低壓線圈之間的絕緣距離減小了9mm左右。

3）將線圈的橫向油道改為縱向油道，減小了油流流動阻力，提高了散熱效率。

以上3個特點提高了鐵芯窗口的填充系數，大大降低了原材料消耗和變壓器自身損耗，也節約了變壓器的制造成本和運行成本。可見S9系列充分體現了節能型產品既“節能”又“節材”的雙重內涵，是變壓器發展歷程中的又一次大變革。

改進前后的35k V變壓器主絕緣結構見圖1、圖2。

35k V電力變壓器降耗改造,主要對線圈部分重新設計制作，保留變壓器原有鐵芯、油箱等部分，并對部分鋼結構件進行改進以加強機械強度和穩固性，使高能耗變壓器的主要性能指標（空載損耗、負載損耗和阻抗電壓）達到低能耗變壓器的指標要求[3]。

據文獻公式[4]得出：當鐵芯利舊，材質不變、結構尺寸不變的情況下，降低空載損耗，即降低鐵芯柱工作磁密，必須增加變壓器線圈額定匝數，空載損耗降低幅度越大，匝數增加越多。

另外，變壓器負載損耗與線圈額定匝數成正比，與銅導線面積成反比；匝數越多，銅導線面積越小，負載損耗越高。因此，雖然匝數增多會降低空載損耗，但同時也將提高負載損耗，必須依靠增大線圈導線截面積來控制負載損耗的提高。線圈導線截面積增加形成的線圈半徑增大必然會增加漏磁。

由阻抗電壓電抗分量公式[4]得出：阻抗電壓電抗分量與線圈匝數的平方成正比，與漏磁成正比，與線圈電抗高度成反比。線圈匝數增加越多，漏磁（主絕緣距離漏磁空道等幅向尺寸）越大，電抗高度增加越少，阻抗電壓電抗分量增長越快。

綜合上述理論分析可知，變壓器的主要性能指標，即空載損耗、負載損耗和阻抗電壓與線圈匝數、線圈高度、主絕緣距離等變量相關，然而這些變量的作用結果往往是相互矛盾的，比如匝數增加會降低空載損耗，但同時也將增大負載損耗和阻抗電壓。因此，降耗設計中增加匝數的同時，必須合理地增加軸向線圈高度、縮小幅向線圈半徑，提高現有鐵芯窗口空間的利用率，使諸多變量處在某一平衡點，才能保證空載損耗、負載損耗和阻抗電壓同時達到S9、S10、S11系列技術指標的要求。

電磁設計的過程就是對應S9、S10、S11系列技術指標要求，尋找各變量最佳作用平衡點的過程。S9型35 k V電力變壓器主絕緣結構和縱向油路連續式線圈技術提高了電抗高度，縮小了絕緣距離，增加了鐵芯窗口的利用率，為高耗變壓器改成低耗變壓器提供了合理增加線圈匝數所必需的繞制空間。在滿足空載損耗的同時，負載損耗和阻抗電壓也同時達到S9、S10、S11系列標準要求。

由于S10、S11系列還沒有成型的國家標準值，現以行業標準JB/T 3837《變壓器類產品型號編制方法》及2009年發布的《變壓器類產品型號注冊管理辦法》（試行）為基本技術依據，執行該標準中的性能水平要求（表1）。

表1 三相油浸式電力變壓器性能水平代號的確定

2 降耗改造

優先考慮既升容又節能的改造形式，受變壓器原有條件限制，不能升容的，努力改成S11型或S10型，條件最差的也要改成S9型，使電網運行的變壓器節能水平總體上有較大幅度的提升。

將變壓器從變電所運回主變，檢前試驗，然后放油、解體，包括對變壓器器身解體：斷開引線；拆除上夾件；拆除上軛鐵；拆除上壓板及端絕緣；拆除高壓線圈；拆除低壓線圈。

下面是操作要點：

1）鐵芯結構不變，鐵芯端面涂固化絕緣7110，起到固化和降噪的作用。

2）高、低壓繞組均為新型連續式。內繞組繞制在硬紙筒上，鐵芯與低壓繞組之間采用新的撐緊方式，形成實體硬固定結構，提高內繞組穩定性，防止失穩變形；高壓繞組上、下端部線餅使用成型角環，同時內、外繞組采用新的薄絕緣、小油隙結構，提高鐵芯窗口的填充系數，降低材料消耗。

3）高、低壓繞組中設置有軸向油道，有利于散熱，可降低銅油溫差。

3 改造效果分析

根據年耗電成本公式及相關的性能指標分別對改造前后產品的年運行成本進行了計算：

◇升容量改造后S9型耗電費用平均降低6.9%（3.95元/k VA）；

◇同容量改造后S11型耗電費用平均降低12.3% （7.1元/k VA）；

◇同容量改造后S10型耗電費用平均降低9.9%（5.2元/k VA）；

◇同容量改造后S9型耗電費用平均降低7.4%（4.2元/k VA）。

同容量的1臺8000k VA主變進行分析，1臺S9型升容降耗改造變壓器可以降低年運行成本31600元；同容量改造后S11型降低年運行成本56800元；同容量改造后S10型降低年運行成本41600元；同容量改造后S9型降低年運行成本33600元。

經黑龍江省權威試驗中心審定，改造后的變壓器降耗達14.75%。

4 改造效果驗證

改造后總體指標達到G B1090.1~2—1999、G B1094.3~5—2003《電力變壓器》的要求，S9型性能指標達到國家標準G B/T6451—2008的規定，S10型、S11型達到行業標準JB/T 3837《變壓器類產品型號編制方法》及2009年發布的《變壓器類產品型號注冊管理辦法》（試行）的規定。

通過對變壓器試驗測試的方法來進行指標驗證，試驗項目按變壓器出廠項目要求進行，包括空載、短路、工頻耐壓、感應耐壓、絕緣、變比、油化驗等。

由于變壓器出廠試驗項目對電源容量、質量和試驗設備有很多特殊要求，如短路試驗必須由大容量電源支持，感應耐壓[5]試驗必須有大容量100~200H z中頻發電機組支持，因此，出廠試驗不能采取現場測試的方法，必須在專業制造廠進行。

5 結論

1）主變性能指標大幅度提高，每年可節約上千萬的電費。

2）用材少，初期投入小，且使用壽命等同于全新的變壓器。

3）改造后的變壓器運行可靠性提高，噪音低，諧波含量少，進一步提升了油田電網的供電質量。

[1]G B 1097.3-電力變壓器（第3部分）:絕緣水平.絕緣試驗和外絕緣空氣間隙[M].北京:中國標準出版社,2003.

[2]《變壓器裝配工藝》編委會.變壓器裝配工藝[M].2版.北京:機械工業出版社,2009．

[3]王炬,李云閣,曹曉瓏.變壓器倍頻感應加壓的電壓測量研究[J].電工技術學報,2004,19（11）:56-60．

[4]謝毓城.電力變壓器手冊[M].北京:機械工業出版社,2003．

[5]任峰.大型變壓器倍頻感應耐壓試驗方法[J].冶金動力,2004,105（5）:1-6．

10.3969/j.issn.2095-1493.2012.04.012

王利國，1990年畢業于大慶石油學院，工程碩士，高級工程師，研究方向：電氣工程及其自動化，E-mail：s0506279@sina.com，地址：黑龍江省大慶市讓胡路區中央大街南段214號， 163454。

2012-01-13）