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浅谈油浸地下组合变压器的设计
[  发布时间:2018-08-18 15:13:00    信息来源:全德电气股份  ]

1. 引言:

       九十年代以前架空线路像蜘蛛网一样,严重影响现代城市的美化和环境。随着城市的规划发展和城市电网改造的不断深入,架空线被电缆替代进入了地下,各种高低压配电设备置于地下,逐渐成为城网配电改造的一个新方向,可使城市街景市貌得到改善。其中,地下式变压器是地埋式产品中的一个重要组成部分。地下式组合变压器的设计制造成为系统供电质量及安全的关键。

      地下式变压器一般安装在地沟的检修孔以及小型地坑中。针对其特殊的运行环境,其密封防水,绝缘,防腐防锈及温升控制问题是产品设计的关键部分。设计产品的性能一般按国内配电变压器的最先进水平要求,设计成S15 型非晶合金铁心变压器,S11、S13 型节能环保型变压器。在负荷变化大的场合,可将有载调容调压变压器用于地下,更加节能。

       随着电网的协调发展,科技和信息化、自动化、互动化水平的提高,实现电网智能化是电网发展的关键一步,变电设备实现智能控制势在必行。

     

       2. 地下式变压器的技术要求和参数

       (1)地坑内的环境温度

       最高环境温度+55℃

       最低环境温度-10℃

       最高月平均温度+45℃

       (2)安装环境

       无爆炸性、腐蚀性气体,安装地点无剧烈震动冲击,变压器可在地坑或泥土中,油箱和裸露部分浸没于水中能长期运行。

       (3)性能参数

       产品技术指标:按国家节能产品指标为主。

       电压等级:高压 6kV、10kV

       低压:0.4kV

       额定频率:50Hz

       额定容量:30kVA~1600kVA

       (4) 地下式变压器除应符合GB1094.1~3,GB1094.5,GB/T6451 和JB/T10217 的规定外,还应满足以下要求:

      1)密封性良好,以满足产品运行的要求。需进行产品浸水试验。水面高于产品最高点至少200mm,持续时间不少于20h,之后在水下进行绝缘电阻测量,外施耐压和感应耐压试验,试验要符合JB/T501 的规定。

       2)地下式变压器运行的环境温度一般允许比正常环境温度高10℃,所以地下式变压器各部位的温升限值一般要求比常规产品的相对应国标规定值低10K,即将油顶层温升控制在50K,绕组温升控制在55K。

       3)地下式变压器油箱或箱体外部及所有裸露金属零部件因长期处于恶劣环境,故这些部件外部应涂以防腐材料或由防腐材料制成,表面应平整光滑。

       4)对地下式变压器油箱应有机械强度的要求:在50kPa 正压力下应无损伤及不得出现不允许的永久变形;在100kPa 正压力下不得出现开裂现象。

       5)安装地下式变压器的地坑可根据额定容量的大小,其四周留有适当空间,设置排水设施,坑盖设置通风及人孔,以便于散热和观察运行情况。

       6)地下组合式变压器一次系统图:如图1



       3. 地下式变压器的设计

       地下式变压器器身采用专门配套的低损耗、高效率的S11、S13、S15 型变压器。

       3.1 铁心

       为适应国家节能减排的需要,降低变压器的空载损耗,能节省大量电能,为此铁心均采用新材料,新工艺,如非晶合金铁心(空载损耗较S11 下降70%-80%,但价格较高,噪音稍大)及取向晶态冷轧硅钢片(27QGH100/23ZDKH90/23ZDKH85 低损耗硅钢片) 卷绕铁心结构,叠铁心采用多级接缝结构,使铁心体积减小,重量减轻,空载损耗降低,空载电流下降80%,噪音下降10dB 以上,绕组导线重量减少,变压器体积减小,设计时,尽量降低变压器的高度,相应减少地坑的容积。

       3.2 绕组

       容量< 315KVA 时,高低压绕组采用铜线一体绕制的长圆形线圈;容量315KVA-1600KVA 时,采用低压为铜箔、高压为铜线一体绕制的长圆形及椭圆形线圈;绝缘耐热等级为B 级,具备较大的温升裕度。地下式变压器完全满足国家标准和机械行业专业标准所规定的要求。

       设计时铜线和铜箔,均采用无氧铜材质,负载损耗有很大程度的降低,所以发热量低,过载能力强,允许过载2倍2个小时,过载1.6 倍7个小时,而不会影响变压器的工作寿命。

       3.3 高压侧保护

       由一次系统图可看出,高压侧保护采用美式箱变的保护方式。

       在技术设计上,保护组件选用性能可靠、结构先进的油浸式负荷开关、串联两级熔断器作为地下式变压器高压侧保护,两级熔断器分别为插入式熔断器和后备熔断器,降低了运行成本及提高故障时的保护能力。插入式熔断器为双敏(温度、电流)熔断器,在变压器低压侧发生短路故障、过负荷及油温过高时熔断。后备保护熔断器用以断开变压器内部短路电流,主要是在高压侧绕组发生短路故障时保护变压器。

       根据用户需要,也可设计成没有辅助保护设备的地下式变压器,其结构简单,价格低廉。

       3.4 高低压出线

       地下式变压器高低压一般均为电缆进出线,采用防水全密封、全绝缘、全屏蔽的接线方式,保证了整台变压器无带电部分裸露,实现零绝缘距离。高压使用一体式套管座和插拔式电缆接头进线,电缆接线与电缆用热缩管进行全密封全绝缘连接紧密,不松脱。低压出线端子使用低压电缆套管(低压密封引线装置)。容量≥ 630KVA 时,底座用升高座,电缆用船用电缆密封件模块,全密封。以上装置安装方便,耐腐蚀,耐老化,免维护,设备在水中浸泡24 小时仍能正常供电,运行安全可靠。

       其它各电器元件在箱盖固定后,在箱盖顶部加装一个金属密封盒,将它们封装其中。

       3.5 绝缘结构的设计

       绝缘全部采用H 级绝缘材料,主绝缘采用H、F 级绝缘材料,增强了绝缘强度,绝缘油选用高燃点β 油,安全防火,增强过负荷能力,但此种设计价格昂贵。根据用户需要,可选用A 级或B 级的混合耐热绝缘材料,以降低变压器的成本。

       3.6 箱体

       箱体防护等级一般按GB4208 达到IP68 要求,即产品安装于地面以下,在浸没水中一段时间正常运行。采用全密封油箱,箱沿与箱盖间用耐油软木橡胶胶排密封。由于地下式变压器的所有操作均在顶部进行,所以操作面板置于油箱的顶部,组件在箱盖上的布置图,见图2所示。油箱采用较高机械强度的钢板焊接,组焊完成后,进行喷丸处理,按产品标准进行油箱的整体密封试验,散热器采用厚钢板组焊结构,大大提高箱体的防渗漏能力,最后进行喷漆、喷塑等防腐材料处理,防腐、防水、防潮性能好。

       3.7 温升与散热

       地下式变压器深埋于地下或置于地坑中,在运行过程中,产生的损耗—热量—散热过程是不可避免的。采用平板油箱及平板散热器,表面采用深色面漆,以增强辐射,这样有利于热油循环。通过变压器上的测温装置和地坑中的热电偶传递信号。在灯箱外壳中的风机,可以自动对地坑基础内进行排风和送风来降低整个系统的温度。使各部位的温升限值比常规产品的相对应国标规定值低10K,可使其在使用寿命周期内无温升故障。

       3.8 LED 显示器及广告灯箱式的户外开关设备LED 显示器及广告式灯箱是适应我国多样市场需要的一个创造性产品,不仅美化周围环境,而且可以内置低压配电柜和小型化的高压开关柜,使配电解决方案灵活多样化,地下式变压器容量大型化。广告式灯箱直接安装在地下式变压器上方,形成一体式的地下组合变压器。结构特点如下:

      (1)开关设备的保护外壳采用广告灯箱式结构,灯箱外壳的两门可全角度打开,且有弹簧支撑定位,便于开关设备的操作和维护。

      (2)灯箱外壳的两面为广告板,采用体积小、光源均匀的LED 发光元件,LED 灯使广告板与周围环境和谐统一,增光添彩,减少了变压器的噪音排放和电磁波的辐射排放,达到了节能环保的要求。实现经济效益和社会效益双丰收。

      (3) 广告灯箱与开关设备的门锁独立设置,灯箱维护不影响开关设备运行。

      (4) 灯箱外壳设有声光报警装置,受到外界破坏,可发出报警信号。

      (5)开关设备采用双层门结构,防护等级达到IP34,第二层为仪表门,确保灯箱式外壳被破坏以后,低压柜仍然达到一个完整独立的户外低压产品的保护水平,低压电量就地显示和远程抄表。


       5. 智能型地下式变压器的组成及特点

       该产品将内置或外置于变压器本体的传感器和控制器及变压器智能组件,与现代移动通讯技术与计算机技术结合,形成了机电一体化的智能产品—智能型地下式组合变压器。其工作原理如图4 所示。

       10kV 配电变电站是电力网络的节点,它将电压10kV变为0.4kV,汇集电流,分配电能。将现代电子技术融入其中,采用高精度的A/D 采样器件,高性能的32 位或64 位DSP 处理器,系统具备以下功能:

      (1)在线检测功能

       地下组合式箱变内置GPRS 通讯模块以及通讯接口RS232,RS485 和USB 接口,可对控制器远程或就地设置参数和读取数据。能够接收主站下发的对时命令,具有远程在线升级终端应用程序功能。采用无线网络技术的地下式变压器综合操控装置,多功能电力仪表(NZ194E-9SY), 向控制中心或设备管理人员实时报告地下式组合变压器和低压设备的运行状况,如输出电流、电压、变压器油顶层温度,地坑温度、用电量、负荷情况、坑内积水水位(地坑底部设置有集水池,并安装有三位置液位控制仪,高位时报警,切断负荷开关,使变压器退出运行,中位声光报警,低位时启动潜水泵。)等,还可以实现遥远控制以及对高压负荷开关实行电动操作,从而实现真正的“三遥”。

      (2)故障控制

       主要对过负荷控制、断电控制、缺相欠压、过电压、油顶层温度控制等。

      (3)防盗、防窃电功能

       当变压器及母线被盗时发出信号远程报警。计量装置被窃电者打开时,发出报警信号。

      (4)远程抄表、付费率管理功能

       利用GSM 移动通讯网络,用手机或计算机对远方的电能表进行读取数据,并能实现预付费和复费率管理。预付费管理可解决电费拖欠问题。复费率管理是通过后台计算机的一个指令实现的,它可同时改变所在运行表的时段及费率。该功能能使供电方与用户互动,随时查询供电质量情况及电费余额。

      (5)对时功能

       就地可以通过人机界面选择时间整定菜单修改系统的时间,远方通过通讯网络实现对时功能。

      (6)后台监控管理功能

       有后台管理软件(SCADA)实现。该系统监控软件与智能型地下式组合变压器配套可对其进行监控记录及预付费和复费率用电管理。该软件还具有用户信息管理,变压器运行维护档案管理,工作情况记录以及查询、报警、远程抄表等功能。供电部门利用网路能有效控制各智能配电变电站。

       6. 结束语

       由于该产品体积小,结构紧凑,性能优越可靠,可灵活实现配电方案,满足供电部门的安全要求。它的体积仅为同容量预装式变电站的1/3,可节省占地面积70~80%,投资费用大大减少,灯箱广告或LED 显示屏能够创造收益,与周边环境和谐统一,增光添彩,减少了变压器的噪音排放和电磁波的辐射排放,达到了节能环保的要求,现已广泛用于居民小区,城镇街道,市政工程,工矿企业,公园高速公路等场所。

      智能型地下式变压器采用配电自动化系统,集保护、测量、控制、监控于一体。电力公司可以完成自动电能计量,自动抄表,获得及时、准确和完整的数据,满足各专业对用电信息的需求,同时用户可以进行用电信息查询,实现电网公司与用户之间的双向互动。

       依据上述所生产的地下式变压器(PST-ZGS11-Z(H)-30~1600-12/0.4)预装地埋式箱变2010 年被河南省科学技术厅,河南省电力公司鉴定为科技成果产品,在省内外推广使用,受到用户一致好评。

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