一種新型組合式絕緣變壓器

孟春旅+豆文政+吉才芳

【摘 要】通過分析農(nóng)網(wǎng)配電變壓器負(fù)荷特點(diǎn)，線圈發(fā)熱過程，介紹了組合式絕緣變壓器在農(nóng)網(wǎng)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】農(nóng)網(wǎng)配電變壓器；過載；組合式絕緣

中圖分類號(hào)： TM772 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2017）23-0092-002

【Abstract】By analyzing the load characteristics of power distribution transformer and the heating process of the coil， the application of the combined insulation transformer in the agricultural network is introduced.

【Key words】Agricultural network distribution transformer；Overload；Composite insulation

0 概述

目前農(nóng)網(wǎng)配電變壓器全年大部分時(shí)間處于輕載運(yùn)行狀態(tài)，年平均負(fù)荷率偏低，但爆發(fā)性負(fù)荷較強(qiáng)，春節(jié)、農(nóng)忙時(shí)期用電量急劇增長(zhǎng)。變壓器短時(shí)嚴(yán)重過載運(yùn)行，導(dǎo)致停電、變壓器燒毀等事故發(fā)生。

解決配電變壓器過載問題的方法有：1）變壓器增容。缺點(diǎn)：投資成本高，增加空載損耗，電網(wǎng)運(yùn)行效益降低。變壓器基本電費(fèi)按銘牌標(biāo)稱容量收取，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用高。2）采用調(diào)容變壓器。缺點(diǎn)：投資成本高，調(diào)容變壓器可靠性低，故障頻發(fā)。

鑒于此，有必要利用新型材料和技術(shù)，研制具有高過載能力的配電變壓器，實(shí)現(xiàn)降低損耗，減少運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，同時(shí)提高產(chǎn)品運(yùn)行的可靠性。

1 變壓器發(fā)熱與散熱原理

變壓器運(yùn)行時(shí)繞組和鐵心是發(fā)熱體，即變壓器在某一負(fù)載下產(chǎn)生的損耗全部轉(zhuǎn)化為熱量，在油浸式變壓器中熱量傳導(dǎo)給變壓器油，再通過油箱以對(duì)流和輻射的方式向外傳出熱量。經(jīng)過一段時(shí)間后，當(dāng)向外散出的熱量等于變壓器損耗所產(chǎn)生的熱量時(shí)，發(fā)熱和散熱達(dá)到平衡。繞組溫升和油面溫升不再升高，這時(shí)的溫升稱為穩(wěn)定溫升。

由以上數(shù)據(jù)可以看出，變壓器在短時(shí)過負(fù)荷情況下，雖然油面溫升較低，但繞組溫升已經(jīng)很高。

2 變壓器熱老化率

變壓器繞組的“熱點(diǎn)”或最熱點(diǎn)的溫度，一般認(rèn)為比繞組的平均溫度高13℃。普通油浸式變壓器是A級(jí)絕緣，允許把105℃作為允許運(yùn)行平均溫度，118℃作為最高允許運(yùn)行溫度。

GB/T15164《油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》中規(guī)定，熱點(diǎn)溫度98℃是計(jì)算變壓器熱老化的基準(zhǔn)值，在此溫度下熱老化率等于1，在80-140℃范圍內(nèi)，溫度每增加6K，熱老化率增加一倍[2]。

油浸式變壓器絕緣主要是絕緣紙、絕緣紙板和變壓器油，絕緣紙和絕緣紙板受溫度和氧的作用引起老化，而老化的程度主要取決于溫度和氧的持續(xù)作用時(shí)間。在外部條件不變的情況下，溫度主要決定了變壓器絕緣材料的老化。由發(fā)熱散熱原理可知，變壓器在過載時(shí)運(yùn)行，繞組溫度急劇升高，熱老化率成倍增加，嚴(yán)重影響變壓器運(yùn)行壽命。

3 組合絕緣

由發(fā)熱散熱原理急變壓器熱老化率可知，要提高變壓器過負(fù)荷能力就必須降低熱點(diǎn)溫度，或者提高變壓器絕緣材料，變壓器油耐熱等級(jí)。

3.1 高燃點(diǎn)變壓器

由Nomex紙代替普通纖維素紙板，α油代替礦物油，可組成高溫絕緣系統(tǒng)的高燃點(diǎn)變壓器。普通纖維素紙板額定運(yùn)行溫度105℃，Nomex紙額定運(yùn)行溫度可提高到220℃[3]。普通礦物油的閃點(diǎn)為145℃，α油的閃點(diǎn)為265℃。高燃點(diǎn)變壓器能夠提高變壓器過負(fù)荷能力，降低變壓器體積。缺點(diǎn)：成本較高，變壓器油與A級(jí)系統(tǒng)不兼容，維護(hù)困難。

3.2 組合式絕緣

由以上分析可知，變壓器熱點(diǎn)溫度在發(fā)熱點(diǎn)線圈部分，在鐵心、器身等部位溫度較低。如果在變壓器發(fā)熱區(qū)采用高絕緣耐高溫材料，在其他低溫區(qū)域采用普通A級(jí)絕緣材料，同時(shí)保證油面溫升55K，使用普通礦物油。由此做成的組合式絕緣變壓器，能夠在成本變化不大的情況下，有效提升變壓器過負(fù)荷能力。

具體方案如下：

1）端部絕緣使用普通絕緣制成的斜端圈；

2）電磁線采用F級(jí)絕緣等級(jí)漆包扁/圓銅線；

3）層間絕緣使用Nomex紙；

4）油道撐條采用F級(jí)絕緣等級(jí)環(huán)氧玻璃布板。

4 組合絕緣在農(nóng)網(wǎng)配電變壓器中的應(yīng)用

根據(jù)農(nóng)網(wǎng)變壓器負(fù)荷特點(diǎn)，采用組合絕緣系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)保證變壓器在過負(fù)荷運(yùn)行時(shí)油頂層溫升不超過80K，繞組溫升不超過85K，熱點(diǎn)溫升不超過95K。

按以上規(guī)范設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)高過載變壓器S13-M-200/10DZ絕緣等級(jí)可達(dá)F級(jí)。能夠保證在1.8倍額定負(fù)荷下長(zhǎng)期過負(fù)荷運(yùn)行，且不影響變壓器運(yùn)行壽命。具體參數(shù)如下表：

【參考文獻(xiàn)】

[1]《農(nóng)網(wǎng)高過載能力配電變壓器技術(shù)導(dǎo)則》Q/GDW11190-2014.

[2]《油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》GB/T15164.

[3]《NOMEX？誖電工應(yīng)用》杜邦公司資料.endprint