城网用25000kVA干式电力变压器的设计.pdf

第 4 5卷 第 2期 2 0 0 8年 2月 蠢 珏 4 1 V o l 4 5 No 2 F e b r u a r y 2 0 0 8 城网用 2 5 0 0 0 k V A干式电力变压器的设计 易吉良， 赵 小莹， 刘 燕 ( 顺特电气有限公司，广东 顺德 5 2 8 3 0 0 ) 摘 要 ： 介绍了2 5 0 0 0 k V A干式电力变压器电磁设计的过程及其结构设计、 喷量控制的特点 关键 词 ： 干式 变压 器 ； 质 量控制 ； 结构 ； 设 计 中 图分类 号 ： T M 4 0 2 文 献标 识码 ： B 文 章编 号 ： 1 0 0 1 - 8 4 2 5 ( 2 0 0 8 ) 0 2 — 0 0 1 7 — 0 3 De s i g n o f 2 5 0 0 0 k VA Dr y - Ty p e Po we r Tr an s f or me r I n U r b an Ne t wor k YI J i — l i a n g ，ZHAO Xi a o- y i n g， L I U Ya n ( Sh u n t e El e c t r i c Co． ， L t d． ，Sh u n d e 5 2 8 3 0 0 ，Ch i n a) Abs t r ac t ： The p r oce ss f Or mer i S l n t r o du ced． o f ele c t r o ma g n e t i c The ch ar a ct er i s t i cs d e s i g n o f 2 5 0 0 0 k VA O f i t s s t r u c t u r a l d e s i gn d r y-t y pe power t r ans — and qual i t y con t r ol ar e pr e s e n t e d． Ke y wor d s： Dr y — t y p e t r a n s f o r me r ：Qu a l it y c o n t r o l ；S t r u c t u r e；De s i gn l刖 舌 S C Z 9 — 2 5 0 0 0 ／ 3 5干式 变压 器是 我们 公 司 为拓 展 竞争 日趋激烈的干式电力变压器市场和满足城 网用 电负 荷 的 日益 增 加 的 需 要 而 自主 研 制 开 发 的新 产 品 ，是 至今 为止世 界上 单机 容量 最大 的三 相树 脂绝 缘 干式 电力变 压器 。 它 具有无 油 、 无污 染 、 难燃 阻燃 、 自熄 防火 和能 安 全地 深入 3 5 k V城 网负 荷 中心 等特 点。它的成功研制和挂 网运行标志着 国内干式变压 器 生产 能力 又上 了一个 新 的水平 。 2主要技术参数 变 压器型 号： S C Z 9 — 2 5 0 0 0 ／ ( 3 5 + ~ x 2 ． 5 ％) ／ 1 0 ． 5 联结 组 ： D y n l l 短路 阻抗 ： U k = 1 0 ％ 绝缘等级 ： H级 绝缘 水平 ： h - v ． 线路 端子 L I ／ AC 2 0 0 ／ 8 5 k V l - v ． 线 路端 子 L I ／ A C 7 5 ／ 3 5 k V 分 接开关 ： 德 国 MR有 载调 压 开关 3电磁方案设计 3 ． 1 绝缘距 离的确 定 根 据 G B 6 4 5 0 — 1 9 8 6 ， 3 5 k V干式 变压 器 的绝缘 水 平 ： h - v _ 线 路端 子 L I ／ A C 1 7 0 ／ 7 0 k V。该 产 品绝 缘 水 平 ： h ． 、 _ ． 线 路端 子 L I ／ A C 2 0 0 ／ 8 5 k V， 不但 比 标 要 求 高 ， 且高 于 以往 我公 司制 造 的特大 容量 产 品。 为 了获 得 主 、 纵 绝缘 距 离 的准确 数据 ， 在 方案设 计前 我们 进 行 了 多次模 拟试 验 。利 用报 废 的 1 6 0 0 0 k V A高压 绕 组 ， 专门绕制 了一个试验用低压绕组 ， 用来测试高压 绕组端绝缘高度 、 高压绕组对铁轭距离 、 主空道的距 离 、 相 间 距 离 等 ， 以 便 与 1 6 0 0 0 k V A 变 压 器 进 行 分 析 对 比 。 3 _ 2雷 电冲 击波 过程 计算 依据 I E E E C 5 7 ． 1 2 ． 5 8 《 于式 变 压器 线 圈暂 态 电 压 分析 导 则 》 ，将 1 6 0 0 0 k V A高 、 低 压 绕 组各 1 个 ， 套在 试验 铁心 柱上 ， 通 过 冲击 波发 生 器在 A — X端施 加一冲击电压 ， 分别测量 A 2 ( A 3 ) 一 X和 A 6 ( A 7 ) 一 x 的冲击电压峰值。S C 9 — 1 6 0 0 0 ／ 1 9 ／ 1 0 ． 5高 、 低压绕组 在 A - X端 施 加 1 0 0 V 的冲击 电压 ，测 得 A 2 一 X之 间 的电 压峰 值 为 8 6 V ( 基 波 的 8 6 ％) ， A 6 一 X之 间 的 电 压峰 值 为 6 0 V ( 基 波 的 6 0 ％) 。S C 9 — 1 6 0 0 0 ／ 3 5 ／ 1 0 ． 5 高压绕组在 A — X施加 1 0 0 V的冲击 电压 ，测得 A 2 一 x之间的电压峰值为 6 4 V ( 基波的 6 4 ％) ， A 6 一 X之 间的电压峰值为 6 2 V( 基波的 6 2 ％) 根据试验结果 维普资讯 1 8 变 压嚣 第4 5 卷 可以得出， 在做类似结构的 2 5 0 0 0 k V A的设计方案 时雷 电 冲击 波 只需考 虑 进波 处 的 电压 峰值 ( 2 0 0 k V) 即可 ， 该结构绕组不会引起中部振荡电压过高。 因此，考虑冲击波过程在绕组最外层两端的电 压梯度 ， 设计绕组时应加大外层端绝缘尺寸 ， 加强内 层高电压点绝缘 ， 以保证内部 ( 层 间、 匝间 ) 绝缘距 离。产品能通过 2 0 0 k V的冲击试验 ， 证明该绕组结 构是 合理 的 。 3 ． 3漏磁 场分析 为了了解特大容量干式变压器在负载情况下端 部漏磁分布情况 ， 对结构类似 的 1 6 0 0 0 k V A产品进 行漏磁场测量， 测点分布图如图 1 所示 。 电磁场分析 仪测量 范 围为 0 ~ 2 0 x l 0 - q " ， 测量数 据见 表 1 。 圈 1 1 6 0 0 O k V A变压器漏磁场测量测点分布 图 Fi g ． 1 Di s t r i b u ti o n o f m e a s u r i n g p o i n t s o f l e a k a g e flu x i n 1 6 O O 0 k VA t r a n s f o r m e r 由表 1 可见 ， 水平方 向有大于 2 0 x l 0 - q " 的点， 接 近 2 0 x l 0 - q " 的点也较多 ， 说明纵向漏磁场较大。所 以在选取绕组单根导线厚度时不能太厚 ，以减少纵 向漏磁引起 的涡流损耗 。对于同心式变压器 ， 一般 横 向漏 磁 比纵 向漏 磁 要 小 得 多 ，但 对 大 容 量 变 压 器分接抽头 占很大 比例的外层 匝数 ，横 向漏磁不 能忽 视 。从 表 1中也 可看 出 ， 面 向方 向存 在 很多 大 于 2 0 x l 0 - q " 的点 ， 说 明横向漏磁场也较大。因此绕 组单根导线线宽不能太宽 ，以减少横向漏磁引起的 涡流损耗。 基于以上模拟试验 ， 2 5 0 0 0 k V A变压器绕 组在线规选择上宜采用多根导线并绕和多根导线叠 绕的方式， 并注意选择合适的换位方式。 3 ． 4 变 压器短 路 力计算 2 5 0 0 0 k V A变压器低压绕组为圆筒式结构 ， 高 压绕组为分段圆筒式结构。由于有载调压产品分接 较多， 在最小分接时已甩掉相当一部分匝数， 最外层 抽头段电气匝数 已为 O ，所以受结构的限制最大不 平衡安匝幅值较大。在冲击短路 电流作用下总的轴 表 1 1 6 O O O k VA 变压 器 漏 磁 场 测 量 数 据 表 Ta b l e 1 M e as u r e d d a t a o f l e a k a g e fl ux i n 1 6 0 0 0 k VA t r a n s f o r me r l 0 1 ： 水 平 垂 直 面 向 水 平 垂 直 面 向 测 量 点 位 电流值 2 5 0 A 1 0 3 A 0 ( 上端部) 8 2 2 2 < 0 ．5 2 0 4 2 ． 5 > 2 0 3 > 2 0 4 >2 0 3 1 ． 5 1 1 4 > 2 0 2 >2 0 1 9 1 1 4 绕 5 1 3 1 >2 0 1 0 1 8 组 6 1 5 4 >2 0 6 1 1 6 表 7 1 9 2 >2 0 1 1 2 1 1 面 8 1 4 9 >2 0 1 2 >2 0 9 2 2 >2 0 6 1 >2 0 1 0 1 5 2 0 l 1 7 2 0 1 2 3 2 0 绕 下 1 1 4 1 1 9 组 下 2 2 1 1 1 下 下 3 1 1 3 部 下 4 注 ： 水平 指电磁场分析仪与地面水平 ， 测量绕组 纵向漏 磁； 垂直指 电磁场分析仪与地 面垂直且位 于被测绕组 径向 ，测量绕组圆 周切线方 向漏磁 ；面 向指 电磁场分析仪 与地 面垂直且垂直于 被测绕组径 向， 测量绕组横 向漏磁 。 向力也较大 ，为了保证变压器能承受强大的短路冲 击力 ， 在结 构设计上参照 1 6 O o o k V A产品 ， 在其基 础上充分加强结构件的机械强度 ，并对关键受力点 做了强度验算。该产品已在国家变压器质量监督检 验 中心顺利 通过 了短 路承 受能 力试 验 ，证 明设 计 的 结 构 强度是 足够 的。 3 ． 5变压器 噪声 计算 用有限元法仿真计算铁心振动模态和绕组空腔 模态 ，从理论上分析铁心与绕组结构是否存在共振 和空腔共鸣 ， 从 而控制铁心的长宽比及空腔 的大小 ， 使绕组的高度避开高噪声区域。产品噪声试验值只 有 5 2 d B ( A) ， 证明噪声最终得到了有效控制 。 4结构设计 4 ． 1 铁 心 铁 心材料为 2 7 Z H1 0 0双 面绝缘 晶粒取 向优质 冷轧硅钢片， 4 5 。 全斜接缝 。铁心采用新工艺六阶梯 接缝不断轭结构 ， 六步一叠， 每步一片叠装。该结构 的采用可大大减少铁心任一断面的接缝气 隙 ， 减少 维普资讯 第 2期 易吉良、 赵小莹、 刘 燕 ： 城网用 2 5 0 0 0 k V A干式电力变压器的设计 1 9 磁力线畸变 、 空载 电流和磁滞损耗 ， 从 而有 利于降 低噪声。该铁心为 l 6级 ， 叠片填充系数高 ， 最大片 宽 7 0 0 ra m， 最 大 片 长 接 近 4 0 0 0 m m， 铁 轭 采 用 无 穿 心螺杆 的拉带 、 拉 螺 杆夹 紧 结构 ， 心柱 不 设定 位 孔 ， 最大限度地降低空载损耗 和空载电流。铁心主级两 侧加垫 N O ME X纸 ， 对降低铁心噪声起辅助作用。 铁 心柱用 无碱玻 璃 纤维带 绑扎 。 4 ． 2 绕 组 高 压绕 组 为分 段 圆筒 式 ，每个 包 封 一层 多 段 ， 采 用 H 级 双玻 璃 丝 包 漆包 铜 扁 线 和 双 玻 璃 丝包 聚 酰亚胺 薄膜绕包 铜 扁线绕 制 。线材 同时采 用 玻璃纤 维和绝缘漆( 或聚酰亚胺薄膜) 双重绝缘 ， 以提高绝 缘 可靠 性 。绕组 的首末几 匝加 强 了绝缘 ， 层 间 、 匝间 留有足够的裕度 ， 匝间用玻璃丝带伴绕。玻璃纤维 填 充率 要求大 于 1 5 0 ％， 抽头 布置 合理 。 低 压绕 组为 圆筒 式 ， 采用 H 级双 玻璃 丝 包漆 包 铜 扁 线 和 裸 铜 线 绕制 ， 每 层 中部 叠 绕 换 位 ， 线 匝 间 预留足够的裕度。为提高其抗短路能力和负载抗冲 击能力 ， 首尾 匝采用平绕 S弯过渡 ， 以减少螺旋 角 引起 的端部漏 磁场 和安 匝不平 衡 。 为 了加 强 绕 组 的散 热 效 果 ， 高 、 低 压绕 组 均 带 有 多层 轴 向气 道 。 高低压绕组之 间、 低压绕组与铁心之 间加入了 环 氧 绝 缘 筒 ， 相 间用 相 间 隔 板 分 隔 ， 以缩 小 绝 缘 距 离 ， 使 结 构更 紧凑 ， 同时使 电场 分布 趋于 均匀 。 5质量控制 2 5 0 0 0 k V A干式 变压 器 的整个 制 造过 程都 按 照 I S O 9 0 0 1 ： 2 0 0 0质保体系进行严格 的质量控制 ， 并制 定专 用 的工艺 质量方 案 ，对进 厂 的原材 料 的采购实 施严 格 的验收 。 绕组 绕制 、 绕组 浇 注 、 铁 心叠 片 、 总装 配 、 产 品的厂内试验 、 包装运输等都由工艺员和设计 员现 场跟 踪指 导 。 对 电磁线 的 质量进行 严 格控 制 。电磁线 采用挤 压线 ， 要 求原 材 料 为 9 9 ． 9 ％无 氧铜 ， 同一批 号 的铜扁 线之 间 的 电阻不 平衡 率不 超过 0 ． 7 ％， 低压 绕组 电磁 线分 盘采 购避 免导线 焊 口。 电磁 线 制造 、 铁 心 片的剪 切及 钢结 构件 的外部 委 托加工 ，都 由工 艺员 到厂家 现场 监造 。 6结束语 特大 容量 干式 电力 变压器 的制 造过 程需投 入大 量 的人力 、 物力 和财 力 ， 是 企业 设计 水平 和工 艺水平 的体 现 。设计 过程 中 电磁方案 设计 是非 常重要 的一 个环 节 ， 是 整个设 计 成败 的关键 。 因此 ， 对 于产 品 的 特殊技术要求 ， 在没有确切的经验值时 ， 一定要通过 模拟 试验取 得 数据 。 利用 先进 的软件 技术 ， 对其 冲击 波过程 、 短路力 、 局放量 、 噪声 、 温升等进行分析和计 算 ， 只有这 样才 能在结 构设 计 时对症 下药 ， 采取适 当 的措 施 ， 提 高产 品 的性 能 ， 使之 达到 预期 的效果 。 参 考文献 ： [ 1 】 路长柏 ， 朱英浩．电力变压器计算【 M 】 ．哈尔滨： 黑龙江 科 学 技 术 出 版 社 ， 1 9 9 0 ． 【 2 】 《 变压器手册》 编写组．电力变压器手册【 M】 ．沈阳 ： 辽 宁 科学技术出版社 ， 1 9 8 9 ． 【 3 】 尹克宁．变压器设计 原理【 M】 ．北京 ： 中国电力 出版社 ， 20 03 ． 收 稿 日期 ： 2 0 0 6 — 1 0 — 0 8 作者简介 ： 易 占良( 1 9 7 3 一 ) ， 男 ， 湖北麻城人 ， 顺特 电气有限公司工程 师， 从事干式 变压器设计和研发工作 ； 赵小莹 ( 1 9 6 9 一 ) ， 女 ， 广东佛山人 ， 顺特 电气有限公司工程 师 ， 从事干式 变压器设计和研发T作 ； 刘燕 ( 1 9 6 9 一 ) ， 女 ， 湖南湘乡人 ， 顺特 电气有限公司总工程 师 ， 长期从 事干式 变压器 、 电抗器设计 、 工艺 和研发工 作 。 武钢将上调 2 0 0 8年一季度钢材 出厂价 目前 ， 国际、 国 内铜 厂纷 纷调 高 2 0 0 8年 一季度钢 材 出 厂价。在 一片“ 涨” 声 中， 武钢方面正在制 定 2 0 0 8年一季度 价格表 ， 上调价格 已不可避免。 武 铜 对 2 0 07年 1 2 月 份 部 分 产 品 出 厂 价 相 应 上 调 。 热 轧 、 轧板 、 硅钢 和线 材等几 个 『尤势 品种 ， 每 吨纷 纷上 调 了 5 0 ～ 1 0 0 0元。涨幅最大的是取 向硅钢 3 5 0系列 ， 每吨上调 了 1 0 0 0元 。 无 取 向硅 钢 高 牌 号 上 调 3 00元／ 吨 ， 容 器 钢 上 调 2 0 0元 ／ 吨 。 业 内人 士 分 析 ， 2 00 7年 来 ， 主要 原 材 料 铁 矿 石 、 海运 费 、 焦炭等价格连续上涨 ， 使 得国 内钢厂成本增加 了近 3 0 ％：同 时， 国 内钢厂受宏观调 控政 策影响， 尤其是 节能减排 、 减少低 含 量 钢 出 口量 和 降 低 出 口退 税 等 因 素 ， 2 0 0 8 年 钢 材 产 量 将 减少 ， 将进 一步导致 了钢价上 涨， 武钢 内部人 士粗 略 『古计 涨 幅 将 不 小 于 2 0 07年 。 维普资讯