大型酯類油電力變壓器

吳永仁 黃霞

摘要：大型油浸式電力變壓器的絕緣和冷卻一直是技術工程界關心的課題，傳統的油浸式電力變壓器通常使用礦物油來進行絕緣和冷卻，這是因為礦物油不僅有良好的電氣絕緣性能和冷卻性能，而且容易規模性生產及價格低廉，其不足之處是燃點低、生物降解性差、環境不友好。隨著社會的發展，它越來越難滿足用戶的要求。為了滿足電力設備市場更高的需求，人們開始研究使用合成酯類油MIDEL7131來代替礦物油，酯類油不僅擁有良好的絕緣及冷卻性能，它還擁有高燃點、耐濕、環保易降解、無毒無害等優點。本文主要介紹合成酯類油MIDEL7131在ABB大型油浸式電力變壓器中的應用。

關鍵詞：電力變壓器;合成酯類油;溫升;阻燃性

引言

在酯類油等綠色變壓器出現以前，在我國電網領域95%的變壓器為傳統礦物油變壓器，在工業領域這個比例也達60%，這種變壓器具有生產工藝簡單，技術成熟，過負荷能力強，價格便宜等特點，但礦物油會污染土壤和水，很難自然降解，對環境影響較大。它既代表了過去變壓器的典型型態，也代表了工業時代人們的設計理念，即追求工業產品的經濟性、功能性和可規模生產的特性，而忽視其對環境的影響。

近年來隨著城鎮化的不斷發展，城市建筑群不斷往外延伸，城市內人口越來越密集，用電量不斷攀升，這導致部分變電站不得不建在人口密集區，距離居民住宅生活區越來越近。變電站核心設備變壓器的安全性、穩定性、噪音、防火性能及環境友好性顯得越來越重要。傳統變壓器由于礦物油的燃點低、難分解、環境不友好、回收難度高、發生事故難處理等缺點，越來越難滿足用戶要求。酯類油變壓器由于合成酯MIDEL7131具有高燃點、易分解、環境友好性等優點，越來越受到用戶的關注。

合成酯類油MIDEL7131特性

合成酯MIDEL 7131是一種用于變壓器以及電力設備的絕緣油。它符合IEC 61099：1992“電工用途的新合成有機酯規格”。被歸為T1類型，是一種無鹵素季戊四醇酯。

其電氣絕緣特性如表1：

MIDEL 7131可與變壓器內部器身、線圈及引線的絕緣材料兼容，對絕緣材料無腐蝕性。

MIDEL7131熱特性如表2：

合成酯油的粘度隨溫度上升而下降，在正常運行溫度下，和傳統變壓器的礦物油相當。

合成酯MIDEL7131在ABB變壓器中的應用

該項目變壓器放置于某金融城地下三層，散熱、消防條件惡劣，環保要求高。用戶要求采用高燃點、環境友好型絕緣油做變壓器的絕緣和冷卻。ABB按客戶要求選擇了MIDEL7131合成酯類油。

變壓器型號：SFZ11–50000/110，基本參數如下：

容量：50MVA，高壓電壓：110KV±8*1.25%，低壓：10.5KV，冷卻方式：ONAN/ONAF，聯結組別：YNd11，阻抗：17%。

變壓器主要性能參數：額定容量、額定電壓、額定電流、空載損耗、空載電流、負載損耗、阻抗電壓、相數和頻率、溫升和冷卻、絕緣水平、聯結組別等均按傳統礦物油電力變壓器設定。另外變壓器按低噪音要求設計，滿負荷噪音要求≤52dB（A）。

MIDEL7131代替礦物油，主要影響變壓器的絕緣和溫升，其他性能參數由變壓器的鐵心和線圈結構決定。

3.1變壓器絕緣設計：主要依據IEC60156所提供的MIDEL7131絕緣性能參數進行，從圖2可以看出在不同微水含量下MIDEL7131的擊穿電壓比礦物油高。

3.2變壓器冷卻設計：須考慮低溫狀態下MIDEL7131粘度偏高的因素，比如在–30℃，其粘度高達4229mPas，–10℃，其粘度也有427mPas，因此當變壓器放置在低溫環境中時，設計須參考變壓器啟動送電流程，充分考慮低溫狀態下的冷卻效果和設計裕度。但在常溫狀態下的MIDEL7131其粘度和傳統礦物油相當，變壓器冷卻設計和常規變壓器類似。本項目變壓器放置區域最低溫度 –5℃，且放置于室內，變壓器油的粘度和礦物油相差不大，冷卻設計與傳統變壓器相差不大。

3.3變壓器試驗結果（試驗依據GB1094執行）：

額定容量：50MVA

額定電壓：高壓110KV，低壓10.5KV

額定電流：高壓262A，低壓2749A

空載損耗：合同要求：P0<=24KW，測試結果：P0=20.79kW

空載電流：合同要求：I0<=0.4%，測試結果：I0=0.053%

負載損耗：合同要求：75oC額定分接下，Pk75≤183kW

測試結果：75oC額定分接下：Pk75 =182.51kW

阻抗電壓：合同要求：75oC額定分接下：Uk = 17% （±5%） 測試結果：75oC額定

分接下：Pk75 =182.51kW，Uk =16.62%

相數和頻率：3相，50Hz

聯結組別：YNd11

噪音：合同要求：空載聲級LPA≤48dB，負荷聲級LPA≤52dB

測試結果：空載聲級LPA=37.7dB，負荷聲級LPA=44.4dB

空載風冷聲級LPA=42.3dB

溫升和冷卻：本變壓器冷卻方式采用自然油循環風冷（ONAF）。合同規定：100%額定容量高壓17檔，最大總損耗下：繞組：≤65K;油頂≤55K。試驗：100%額定容量高壓17檔

試驗結果：油頂層溫升=49.5K 油平均溫升=35.8K 高壓繞組平均溫升=51.8K 低壓繞組平均溫升=46.4K 試驗結論：合格

絕緣測試：

外施耐壓試驗：標準：高壓–地;140kV;60s，低壓–地;35kV;60s

試驗：高壓–地;140kV;60s低壓–地;35kV;60s

試驗結果：合格

短時感應耐壓試驗：標準：高壓–地;高壓對地在1.5*126/1.732kV，電壓下局放量≤ 100pC

試驗：高壓–地;高壓對地在109kV電壓下局放量，A：18.0pC，B：19.0pC，C：16.0pC

試驗結果：合格

雷電沖擊試驗：

試驗：LI480AC200–LI325AC140/LI75AC35，試驗按國標執行

試驗結果：合格

從產品的出廠試驗結果看，ABB酯類油變壓器各個性能指標均可做到和傳統礦物油變壓器一致，部分參數甚至更優。

結語

鑒于合成酯對環境的廣泛適應性、生物可降性、且具有高燃點和低溫傾點的防火性能，還有優異的電氣絕緣性能，合成酯變壓器應用近期已拓展到可再生能源系統，如風能和近海風力發電場以及近海油田產業領域，其應用前景廣闊。

參考文獻

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