城市网新型变压器及其相关的技术问题
发布时间：2015-07-04 09:14
摘要：随城市化进程的加快，在老城区改造和新区建设中，为减少占地采用gis，还要适应电缆进城，电缆人地，无油化以及防火阻燃的消防要求，部份变电站采用新型的110kv变压器是一种不可回避的选择。除现有的110kv油浸式变压器之外，可以选择的新型变压器……
关键词：新型110kv变压器气体绝缘变压器全密封变压器
一、110kv变压器选型
随着城市化进程的加快，在老城区改造和新区建设中，为减少占地采用gis，还要适应电缆进城，电缆人地，无油化以及防火阻燃的消防要求，部份变电站采用新型的110kv变压器是一种不可回避的选择。除现有的110kv油浸式变压器之外，可以选择的新型变压器有：
1、干式变压器。主要是树脂浇注型的产品，目前在35kv配电系统中采用比较普遍，110kv级已有单相变压器组产品在运行，存在的问题主要还在于三相变压器线圈沿面设计场强过高，长期运行的绝缘可靠性及对环境的适应性还存在一些问题。iec标准正在修改中，将要通过的新标准中提出的环境、气候和燃烧三项试验是考核干式变压器绝缘性能的重要方法。
2、气体绝缘变压器。主要是指sf6气体绝缘变压器，今后还要发展环保性能更好的新型气体绝缘介质。在密闭的变压器外壳中充以一定压力的气体绝缘介质，并使气体在气泵的作用下循环散热，要求本体和散热器有较好的承压密封性能，并保持年漏气率在—个较低的水平。目前在国内已有进口产品在运行。有的厂家也在积极引技术争取尽快实现国产化。iec已有相应的技术标准。
3、耐高温绝缘的液浸式变压器。采用的固体绝缘材料有常规的纸绝缘或耐高温的绝缘材料，充以硅油，β油等高燃点的液体绝缘介质，分为混合型、半混合型、复合型等不同的组合方式，对一般使用的配电变压器可缩小体积，提高过载能力，改善其防火阻燃性能，是介于干式变压器和常规的油浸式变压器之间的一种选择。由于其价格适中，环保陛能较好，有一定的发展空间。对110kv级变压器，也不失为一种可供选用的产品。国内已有半混合型和混合型的耐高温液浸式变压器在应用。相应的iec标准也在制定中。存在油色谱、瓦斯保护等问题，负载损耗好较高。
4、电缆变压器，国外的一些大公司已推出实用化产品，国内已有一些变压器制造厂和高校相结合正在开发类似产品，可望在110kv这个电压等级较好的解决变压器的无油化、防火阻燃性能。但主纵绝缘的概念和常规的绕组波过程理论，用于电缆变压器已有根本的改变。其绝缘结构设计及试验技术有待研究探讨。
二、变压器承受短路能力
城网用电力或配电变压器，由于其电压比较大，阻抗相对较低，故其承受短路能力也显得十分重要。iec标准和国标已于近期修改，对变压器承受短路能力的试验提高了要求，从过去的试三次改为试九次，而且短路试验后的重复绝缘耐受试验的电压值也改为100％，雷电冲击等型式试验也要改在短路后进行。试验考核更为严格。从而对城网用变压器提出更高的要求，无疑对提前其运行可靠性是十分有利的。按老标准通过短路承受能力试验的变压器，是否能通过新标准的试验要求是值得考虑的问题。当然标准的贯彻还需要一个过程。但从标准实行之日起，就应按新标准进行试验，否则就违背了强制性标准的规定。
三、节能降耗
城网用变压器的节能降耗问题，历来受到广泛的重视。从上世纪七十年代开始，国家推行淘汰高耗能产品的政策，配电变压器己历经2—3次大的升级换代过程，目前各种类型的干式和油浸变压器都已接近国际较先进的水平。但距高效节能的要求尚存在一定差距。目前国家出于对资源和环境保护的紧迫要求，正在制定一系列的电工产品强制节能标准和引导对高效节能电工产品的节能标志认证工作，并辅以一定的政策鼓励。配电变压器也不例外。在节能降耗工作中应注意：
1、变压器的节能降耗，必须以不牺牲产品运行可靠性为前提。任何情况下，必须坚持可靠性第一的思想，在兼顾产品各项技术性能的前提下，进一步降低损耗，提高产品性能指标，避免过去曾出现过的升级换代产品动稳定性能下降，过励磁能力和过载能力也有所降低的教训。
2、变压器的节能降耗，必须坚持重点突破的方针。首先解决量大面广产品的节能降耗，带动同类产品的节能工作。例如配电变压器节能是否需要全系列强制要求，还是通过调查，确定一个通用一般的系列段产品，例如小容量段的产品制定限制损耗的标准。向国外发达国家学习，高度重视小容量配电变压器的标准化、通用性和互换性要求，以此带动其它产品的节能降耗设计。
3、变压器的节能降耗必须兼顾低压配电系统降低线损，减小电压波动，提高供电质量的连带效应，决不能孤立的看待配变节能工作。标准对配变的小型化，密布点，限制供电半径，降低低压配网线损，改善供电质量应有正确的引导，除了大功率集中供电负荷需要之外，应鼓励建筑设计部门因地制宜地合理配置变压器，在长期运行的经济性、合理性和增大配电装置一次性投资之间进行综合比较，改变现在配变单台容量越选越大的不正常的状况。
4、铜铁损耗比问题，即变压器负载和空载损耗比，是由变压器的负载率决定的。一般而言，负载率低，铜铁耗比应增大：反之负载率高，铜铁耗比应减小，但这都是建立在矽钢片材料性能不断进步的基础之上。过去惯用的做法是搞两个系列，一个系列适用于城网，负载率高：一个系列适用于农网，负载率低。能否在同一系列中，把握城、农网变压器的典型容量不同的特点，选取不同铜铁耗比的变压器。即农网采用的变压器，由于居住分散，容量一般较小，负载率低，可采用铜铁耗比大的变压器，而城网用变压器—般居住较集中，负载率较高，选用容量稍大而铜铁耗相对比较小的变压器。即系列容量低端和高端的变乐器不必强求采用统一的铜铁耗比。
对变压器损耗的评估，除有功损耗，即空载和负载损耗的总和之外，还应考虑无功损耗。在这方面目前采用的铁心多级接缝工艺，可将空载电流降至较低水下。卷铁心变压器空载电流也很低，具有一定优势。阻抗电压一般变化不大，对无功损耗影响不大，可不予考虑。对变压器而言，有功损耗所占比例较大，是影响变压器损耗的主要方面。
5、在推出一个新的节能型变压器系列来的时候，不能不考虑该系列各种不同容量规格产品设计中的材料消耗问题，在节能的同时，也不能过份地增加材料的消耗，应将单位容量的材料消耗量作为评价系列产品技术先进性、经济性的一个指标，进行综合考虑。且不应单纯追求材料性能指标要求，减少对国外材料供应商过份的依赖。
四、全密封变压器
为减少配电变压器运行维护工作量，已有相当部份的变压器厂将油箱从扁管式散热油箱或片式散热器油箱改为波纹式散热油箱或膨胀片式散热器油箱，取消了油枕。其中波纹油箱采用带气垫或不带气垫两种型式。变压器研究所已制定了相应的技术标准。在实际生产过程中，应注意波纹油箱的吞吐量和油的膨胀量的协调一致的问题，不能让油箱中产生过高的正压或真空，否则在反复的正压或真空作用下容易破坏运行中变压器的密封。而油箱的吞吐量与所使用的波纹片或膨胀片式散热器的钢板弹性有很大关系。如果达不到预期的吞吐量，就应该采用适当的油杯或小油枕来部分补偿液面的过份下降。对带气垫的全密封变压器也应注意油箱顶部结构的密封状况，以适应长期运行冷热交替的考验。真正起到全密封的作用。
五、组件及材料
近年来，随着改革开放的形势发展，许多国外的先进技术被引人，在变压器的组件及材料方面也不例外。例如套管，分接开关，散热器等组件和换位导线，纸绝缘材料，绝缘油等，已有不少国外厂商在国内建厂生产、销售。对变压器组件及材料质量提高起到了很大的推动作用。除了传统的结构形式之外，还有一些全新结构的组件制造技术被引入，例如插拔式电缆终端套管，从10kv到110kv已成系列供货等，无疑给我们提供了更多的选择。就是一些小的组件，例如温控器、气体继电器、油流计、油位计以及油泵、风扇、压力释放阀等也有较好的产品被引进。整体上提高了变压器的内在和外观质量水平。但不容否认的是也有一些国内的小厂在生产质量低劣的组件及材料，例如灰粉和介损较高的绝缘纸，自粘性换位导线的自粘胶流淌，用再生油替代新绝缘油等。在目前市场价格竞争激烈的情况下，制造厂的赢利空间已经很小，有的变压器厂管理水平低，为了达到赢利的目的，不惜牺牲变压器的长期运行可靠性和使用寿命。造成良莠不分、以假乱真的局面。采用一些质量低劣的组件和材料制成的变压器，出厂例行试验照样可以通过，而且在短期运行中间题也不会马上暴露。而一旦暴露，就有同类事故频发的症状，对电力系统的安全运行构成潜在威胁，我们必须对此保持警惕。重视组件和材料标准，加强人厂检验。
六、单相制供电和20kv高压配网供电
日前国内已有单相制供电和20kv配网供电的试点。单相制供电对于居住比较分散的别墅小区和度假村的供电较为有利。而20kv高压配网供电对于城市改善电网规划，电源结点，扩大供电范围是有利的。应该说这两项试点对变压器制造业来说均无太大的难度。特别是单相三线制供电的单相变压器，采用卷铁心结构，在节能降噪方面有较大优势。建议在新区建设中继续扩大试点范围。
七、110kv变压器局放试验
新的iec标准和国标规定，110kv油浸变压器应在感应耐压试验的同时增加局部放电测量要求，且把这作为变压器出厂例行试验项目，逐台进行。这对控制变压器产品的制造质量，提高产品的设计和工艺水平是有利的。目前110kv变压器厂都在积极开展这项过去不曾做过的试验。相信通过局部放电测量的变压器产品将有更高的运行可靠陛。供电部门也应积极创造条件在交接验收试验中增加110kv变压器局部放电测量的要求，以此控制变压器的安装质量。
八、城网新型配电装置
在城网供电用电器产品中，近年来引进了很多新型配电变压器类产品，例如箱式变电站和组合式变压器，通称欧式箱变和美式箱变。实际上美式箱变只是一种简易组合的变压器。还不具备箱式变电站的高低压远方操作的功能。但它与环网开关和电缆分支箱组合在一起。可以构成向小区供电的“积木式”供电网络，在国外有成熟的运行经验。国内有些供电部门和制造厂一起，又开发了很多不同类型的简易组合的箱式变电站产品，满足各方面不同的需要，他们将这种产品称为“中式箱变”。有自己的特点并能适应国内不同地域的需求。此外，还引进了地埋式或半地埋式变压器、箱变等，用于解决路灯等供电需要。干式变压器也有浇注，缠绕和敝开通风式等不同类型产品。新型供电设备的引进和发展，满足了城乡电网建设对电器产品多元化选择的需要，但目前的状况是标准的制定速度往往赶不上设备制造和技术引进，应尽快制定新产品的标准，弄清其使用性能及电网对它的特殊要求。
关键词：新型110kv变压器气体绝缘变压器全密封变压器
一、110kv变压器选型
随着城市化进程的加快，在老城区改造和新区建设中，为减少占地采用gis，还要适应电缆进城，电缆人地，无油化以及防火阻燃的消防要求，部份变电站采用新型的110kv变压器是一种不可回避的选择。除现有的110kv油浸式变压器之外，可以选择的新型变压器有：
1、干式变压器。主要是树脂浇注型的产品，目前在35kv配电系统中采用比较普遍，110kv级已有单相变压器组产品在运行，存在的问题主要还在于三相变压器线圈沿面设计场强过高，长期运行的绝缘可靠性及对环境的适应性还存在一些问题。iec标准正在修改中，将要通过的新标准中提出的环境、气候和燃烧三项试验是考核干式变压器绝缘性能的重要方法。
2、气体绝缘变压器。主要是指sf6气体绝缘变压器，今后还要发展环保性能更好的新型气体绝缘介质。在密闭的变压器外壳中充以一定压力的气体绝缘介质，并使气体在气泵的作用下循环散热，要求本体和散热器有较好的承压密封性能，并保持年漏气率在—个较低的水平。目前在国内已有进口产品在运行。有的厂家也在积极引技术争取尽快实现国产化。iec已有相应的技术标准。
3、耐高温绝缘的液浸式变压器。采用的固体绝缘材料有常规的纸绝缘或耐高温的绝缘材料，充以硅油，β油等高燃点的液体绝缘介质，分为混合型、半混合型、复合型等不同的组合方式，对一般使用的配电变压器可缩小体积，提高过载能力，改善其防火阻燃性能，是介于干式变压器和常规的油浸式变压器之间的一种选择。由于其价格适中，环保陛能较好，有一定的发展空间。对110kv级变压器，也不失为一种可供选用的产品。国内已有半混合型和混合型的耐高温液浸式变压器在应用。相应的iec标准也在制定中。存在油色谱、瓦斯保护等问题，负载损耗好较高。
4、电缆变压器，国外的一些大公司已推出实用化产品，国内已有一些变压器制造厂和高校相结合正在开发类似产品，可望在110kv这个电压等级较好的解决变压器的无油化、防火阻燃性能。但主纵绝缘的概念和常规的绕组波过程理论，用于电缆变压器已有根本的改变。其绝缘结构设计及试验技术有待研究探讨。
二、变压器承受短路能力
城网用电力或配电变压器，由于其电压比较大，阻抗相对较低，故其承受短路能力也显得十分重要。iec标准和国标已于近期修改，对变压器承受短路能力的试验提高了要求，从过去的试三次改为试九次，而且短路试验后的重复绝缘耐受试验的电压值也改为100％，雷电冲击等型式试验也要改在短路后进行。试验考核更为严格。从而对城网用变压器提出更高的要求，无疑对提前其运行可靠性是十分有利的。按老标准通过短路承受能力试验的变压器，是否能通过新标准的试验要求是值得考虑的问题。当然标准的贯彻还需要一个过程。但从标准实行之日起，就应按新标准进行试验，否则就违背了强制性标准的规定。
三、节能降耗
城网用变压器的节能降耗问题，历来受到广泛的重视。从上世纪七十年代开始，国家推行淘汰高耗能产品的政策，配电变压器己历经2—3次大的升级换代过程，目前各种类型的干式和油浸变压器都已接近国际较先进的水平。但距高效节能的要求尚存在一定差距。目前国家出于对资源和环境保护的紧迫要求，正在制定一系列的电工产品强制节能标准和引导对高效节能电工产品的节能标志认证工作，并辅以一定的政策鼓励。配电变压器也不例外。在节能降耗工作中应注意：
1、变压器的节能降耗，必须以不牺牲产品运行可靠性为前提。任何情况下，必须坚持可靠性第一的思想，在兼顾产品各项技术性能的前提下，进一步降低损耗，提高产品性能指标，避免过去曾出现过的升级换代产品动稳定性能下降，过励磁能力和过载能力也有所降低的教训。
2、变压器的节能降耗，必须坚持重点突破的方针。首先解决量大面广产品的节能降耗，带动同类产品的节能工作。例如配电变压器节能是否需要全系列强制要求，还是通过调查，确定一个通用一般的系列段产品，例如小容量段的产品制定限制损耗的标准。向国外发达国家学习，高度重视小容量配电变压器的标准化、通用性和互换性要求，以此带动其它产品的节能降耗设计。
3、变压器的节能降耗必须兼顾低压配电系统降低线损，减小电压波动，提高供电质量的连带效应，决不能孤立的看待配变节能工作。标准对配变的小型化，密布点，限制供电半径，降低低压配网线损，改善供电质量应有正确的引导，除了大功率集中供电负荷需要之外，应鼓励建筑设计部门因地制宜地合理配置变压器，在长期运行的经济性、合理性和增大配电装置一次性投资之间进行综合比较，改变现在配变单台容量越选越大的不正常的状况。
4、铜铁损耗比问题，即变压器负载和空载损耗比，是由变压器的负载率决定的。一般而言，负载率低，铜铁耗比应增大：反之负载率高，铜铁耗比应减小，但这都是建立在矽钢片材料性能不断进步的基础之上。过去惯用的做法是搞两个系列，一个系列适用于城网，负载率高：一个系列适用于农网，负载率低。能否在同一系列中，把握城、农网变压器的典型容量不同的特点，选取不同铜铁耗比的变压器。即农网采用的变压器，由于居住分散，容量一般较小，负载率低，可采用铜铁耗比大的变压器，而城网用变压器—般居住较集中，负载率较高，选用容量稍大而铜铁耗相对比较小的变压器。即系列容量低端和高端的变乐器不必强求采用统一的铜铁耗比。
对变压器损耗的评估，除有功损耗，即空载和负载损耗的总和之外，还应考虑无功损耗。在这方面目前采用的铁心多级接缝工艺，可将空载电流降至较低水下。卷铁心变压器空载电流也很低，具有一定优势。阻抗电压一般变化不大，对无功损耗影响不大，可不予考虑。对变压器而言，有功损耗所占比例较大，是影响变压器损耗的主要方面。
5、在推出一个新的节能型变压器系列来的时候，不能不考虑该系列各种不同容量规格产品设计中的材料消耗问题，在节能的同时，也不能过份地增加材料的消耗，应将单位容量的材料消耗量作为评价系列产品技术先进性、经济性的一个指标，进行综合考虑。且不应单纯追求材料性能指标要求，减少对国外材料供应商过份的依赖。
四、全密封变压器
为减少配电变压器运行维护工作量，已有相当部份的变压器厂将油箱从扁管式散热油箱或片式散热器油箱改为波纹式散热油箱或膨胀片式散热器油箱，取消了油枕。其中波纹油箱采用带气垫或不带气垫两种型式。变压器研究所已制定了相应的技术标准。在实际生产过程中，应注意波纹油箱的吞吐量和油的膨胀量的协调一致的问题，不能让油箱中产生过高的正压或真空，否则在反复的正压或真空作用下容易破坏运行中变压器的密封。而油箱的吞吐量与所使用的波纹片或膨胀片式散热器的钢板弹性有很大关系。如果达不到预期的吞吐量，就应该采用适当的油杯或小油枕来部分补偿液面的过份下降。对带气垫的全密封变压器也应注意油箱顶部结构的密封状况，以适应长期运行冷热交替的考验。真正起到全密封的作用。
五、组件及材料
近年来，随着改革开放的形势发展，许多国外的先进技术被引人，在变压器的组件及材料方面也不例外。例如套管，分接开关，散热器等组件和换位导线，纸绝缘材料，绝缘油等，已有不少国外厂商在国内建厂生产、销售。对变压器组件及材料质量提高起到了很大的推动作用。除了传统的结构形式之外，还有一些全新结构的组件制造技术被引入，例如插拔式电缆终端套管，从10kv到110kv已成系列供货等，无疑给我们提供了更多的选择。就是一些小的组件，例如温控器、气体继电器、油流计、油位计以及油泵、风扇、压力释放阀等也有较好的产品被引进。整体上提高了变压器的内在和外观质量水平。但不容否认的是也有一些国内的小厂在生产质量低劣的组件及材料，例如灰粉和介损较高的绝缘纸，自粘性换位导线的自粘胶流淌，用再生油替代新绝缘油等。在目前市场价格竞争激烈的情况下，制造厂的赢利空间已经很小，有的变压器厂管理水平低，为了达到赢利的目的，不惜牺牲变压器的长期运行可靠性和使用寿命。造成良莠不分、以假乱真的局面。采用一些质量低劣的组件和材料制成的变压器，出厂例行试验照样可以通过，而且在短期运行中间题也不会马上暴露。而一旦暴露，就有同类事故频发的症状，对电力系统的安全运行构成潜在威胁，我们必须对此保持警惕。重视组件和材料标准，加强人厂检验。
六、单相制供电和20kv高压配网供电
日前国内已有单相制供电和20kv配网供电的试点。单相制供电对于居住比较分散的别墅小区和度假村的供电较为有利。而20kv高压配网供电对于城市改善电网规划，电源结点，扩大供电范围是有利的。应该说这两项试点对变压器制造业来说均无太大的难度。特别是单相三线制供电的单相变压器，采用卷铁心结构，在节能降噪方面有较大优势。建议在新区建设中继续扩大试点范围。
七、110kv变压器局放试验
新的iec标准和国标规定，110kv油浸变压器应在感应耐压试验的同时增加局部放电测量要求，且把这作为变压器出厂例行试验项目，逐台进行。这对控制变压器产品的制造质量，提高产品的设计和工艺水平是有利的。目前110kv变压器厂都在积极开展这项过去不曾做过的试验。相信通过局部放电测量的变压器产品将有更高的运行可靠陛。供电部门也应积极创造条件在交接验收试验中增加110kv变压器局部放电测量的要求，以此控制变压器的安装质量。
八、城网新型配电装置
在城网供电用电器产品中，近年来引进了很多新型配电变压器类产品，例如箱式变电站和组合式变压器，通称欧式箱变和美式箱变。实际上美式箱变只是一种简易组合的变压器。还不具备箱式变电站的高低压远方操作的功能。但它与环网开关和电缆分支箱组合在一起。可以构成向小区供电的“积木式”供电网络，在国外有成熟的运行经验。国内有些供电部门和制造厂一起，又开发了很多不同类型的简易组合的箱式变电站产品，满足各方面不同的需要，他们将这种产品称为“中式箱变”。有自己的特点并能适应国内不同地域的需求。此外，还引进了地埋式或半地埋式变压器、箱变等，用于解决路灯等供电需要。干式变压器也有浇注，缠绕和敝开通风式等不同类型产品。新型供电设备的引进和发展，满足了城乡电网建设对电器产品多元化选择的需要，但目前的状况是标准的制定速度往往赶不上设备制造和技术引进，应尽快制定新产品的标准，弄清其使用性能及电网对它的特殊要求。