導(dǎo)語(yǔ)：變壓器改造方案和經(jīng)濟(jì)技術(shù)探索一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

本文作者：韓良工作單位：北京供電公司修試處

O概述

2O世紀(jì)so年代中期以前,國(guó)內(nèi)制造廠生產(chǎn)變壓器時(shí)普遍采用鋁繞組。隨著大t鋁繞組變壓器的投入運(yùn)行,其在遇到出口短路時(shí)容易引起繞組變形的問(wèn)題逐漸攀露出來(lái),同時(shí),由于鋁導(dǎo)線機(jī)械強(qiáng)度不足而導(dǎo)致的匝間短路也成為該類(lèi)變壓器事故的重要原因。雖然后來(lái)各制造廠停止了對(duì)鋁繞組變壓器的生產(chǎn),但是,目前仍然還有很多大容量的鋁繞組變壓器在運(yùn)行中。2O世紀(jì)oo年代以來(lái),北京供電公司由于出口短路而造成繞組嚴(yán)重變形或變壓器事故的事例有十幾臺(tái)次,這些變壓器絕大部分是鋁繞組變壓器。隨著電網(wǎng)容t的增大,變壓器抗短路能力的問(wèn)題越來(lái)越突出.其出口短路造成的事故對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行的影響也將越來(lái)越大。可以說(shuō),由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料方面的原因,鋁繞組變壓器中繞組機(jī)械強(qiáng)度先天不足的問(wèn)題正成為電網(wǎng)中的一大隱患。但是,對(duì)鋁繞組變壓器,是應(yīng)該繼續(xù)運(yùn)行還是應(yīng)投人一定資金進(jìn)行改造、改造后的性能怎么樣、從經(jīng)濟(jì)上是否值得改造等問(wèn)題在電力部門(mén)內(nèi)仍存在許多分歧。下面將對(duì)鋁繞組變壓器改造的必要性和可行性進(jìn)行闡述,并給出了將110kV三繞組31500kVA鋁繞組變壓器改造為兩繞組S9系列5O《X洲)kVA高阻抗變壓器的方案論證和經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較實(shí)例以供參考。

1改造的必要性

由于鋁導(dǎo)線本身的機(jī)械強(qiáng)度低(鋁導(dǎo)線的屈服強(qiáng)度為科Nlmn12左右,而普通銅導(dǎo)線的屈服強(qiáng)度為98N/皿n平左右),鋁繞組承受短路電動(dòng)力的能力差,因此,一旦發(fā)生變壓器出口短路,就容易使繞組扭曲變形,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)使導(dǎo)線絕緣破損造成匝間短路。多數(shù)2O世紀(jì)so年代以前生產(chǎn)的變壓器,由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)落后、采用的低密度紙板在運(yùn)行和短路時(shí)壓縮變形量大、內(nèi)繞組采用軟紙筒、繞組未采用恒壓干燥工藝等,使繞組的穩(wěn)定性差,當(dāng)導(dǎo)線局部變形后很容易造成整個(gè)繞組結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)變形。老結(jié)構(gòu)的有載調(diào)壓變壓器采用調(diào)壓線段結(jié)構(gòu),高、低壓繞組安匝分布不均勻,當(dāng)短路發(fā)生時(shí)繞組承受的軸向應(yīng)力較大,因此繞組變形損壞幾率很高。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,鋁繞組變壓器的抗短路能力更低,北京供電公司咸寧變電站、城子變電站等曾發(fā)生多起主變壓器短路事故,基本上都是鋁繞組變壓器。近年來(lái),雖然加強(qiáng)了主變壓器的狀態(tài)監(jiān)測(cè),特別是在應(yīng)用繞組頻率響應(yīng)試驗(yàn)檢測(cè)繞組變形方面取得了很大成績(jī),發(fā)現(xiàn)了多起運(yùn)行中的鋁繞組變壓器有繞組嚴(yán)重變形的現(xiàn)象,并及時(shí)消除了一些變壓器事故隱患,但是,由于變壓器出口短路故障的不可預(yù)測(cè)性和突發(fā)性,運(yùn)行人員無(wú)法對(duì)提高運(yùn)行變壓器的安全性掌握主動(dòng)權(quán)。隨著電網(wǎng)的發(fā)展,對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高,大容量主變壓器發(fā)生突發(fā)事故而退出運(yùn)行所造成的損失不可低估。因此,提高鋁繞組變壓器的抗短路能力對(duì)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定十分必要。

2改造帶來(lái)的其他效益

對(duì)鋁繞組變壓器進(jìn)行改造除了能提高其抗短路能力以外,還能夠取得其他經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益:(l)延長(zhǎng)變壓器的使用壽命。110kV鋁繞組變壓器的運(yùn)行時(shí)間大都已較長(zhǎng),經(jīng)過(guò)改造以后,繞組的絕緣壽命可與新變壓器相同,等于提高了變壓器的使用價(jià)值。(2)提高變壓器的絕緣性能。110kV鋁繞組變壓器中,有一部分是薄絕緣變壓器。薄絕緣變壓器的匝絕緣厚度一般為正常匝絕緣厚度的45%,匝間工作場(chǎng)強(qiáng)較高(最高可達(dá)到273OV/~),且110kV鋁繞組變壓器大都已進(jìn)人絕緣老化期,在導(dǎo)線絕緣老化或受短路沖擊局部損壞后,其絕緣強(qiáng)度降低、局部放電量增大,很容易發(fā)生絕緣擊穿。對(duì)這些變壓器進(jìn)行改造,不僅可提高抗短路能力,而且還可提高其絕緣性能,使變壓器的運(yùn)行更加可靠。(3)提高變壓器的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益。由于技術(shù)水平和材料的局限性,鋁繞組變壓器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)低,空載損耗和負(fù)載損耗較大,與新一代變壓器相比屬于高耗能電氣設(shè)備。采用新的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和材料改造后,可以增加變壓器的容量,降低單位損耗,從而提高了變壓器的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)效益。(4)充分發(fā)揮變壓器有載調(diào)壓的作用,改善電壓合格率。由于現(xiàn)有的大部分鋁繞組變壓器的額定電壓為110土3x2.5%/38.5八1kV或110士3x2.5%/38.5110.5kv,高壓側(cè)調(diào)壓范圍較小,中壓側(cè)和低壓側(cè)電壓偏高,這種參數(shù)的變壓器在實(shí)際運(yùn)行中已經(jīng)反映出在負(fù)載低谷時(shí)輸出電壓偏高的現(xiàn)象,影響了電網(wǎng)電壓的合格率。如果變壓器改造時(shí)更換全部繞組,并按照新的電壓標(biāo)準(zhǔn)來(lái)重新確定變壓器的額定電壓,就可以充分發(fā)揮變壓器有載調(diào)壓的作用,從而保證電網(wǎng)中電壓的合格率。

3改造方案的確定

油浸式變壓器的使用壽命取決于繞組、引線絕緣和油的壽命。鐵心硅鋼片作為一種金屬材料長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行不會(huì)產(chǎn)生材料老化問(wèn)題,因此,更換了新繞組、新引線絕緣和新油的變壓器,其壽命應(yīng)與新變壓器相同。如果將電容式套管和有載分接開(kāi)關(guān)一并更換,應(yīng)完全視為新變壓器。鋁繞組變壓器改造的關(guān)鍵是將鋁繞組換成銅繞組。由于鋁繞組變壓器的鐵心多用高導(dǎo)磁冷軋硅鋼片制成,且鐵心在變壓器材料成本中占有較大的比例,因此,可利用原有的鐵心。如北京供電公司城子變電站的11okv侶繞組變壓器,其鐵心采用日本產(chǎn)211型、0.35~厚的硅鋼片,該鐵心單位損耗較低、勵(lì)磁性能較好,能夠滿足改造后的播要。l夕臾〕一1996年,北京供電公司修試處曾對(duì)3臺(tái)220kV,一2()(XX)kVA和4臺(tái)l一0kV,315(X)kVA鋁繞組薄絕緣變壓器進(jìn)行過(guò)成功的改造。改造方案是將三繞組120儀刃kVA變壓器降損增容改造為三繞組150《X洲)kVA變壓器,將三繞組31500kVA變壓器降損增容改造為三繞組4O《X舊kVA的變壓器。采用的技術(shù)措施主要是將鋁繞組改為銅繞組、將原來(lái)的鋼壓板材料改為高密度層壓木板,同時(shí)采用新的絕緣結(jié)構(gòu)以提高鐵心空間利用率等。通過(guò)采取以上措施,可使變壓器在進(jìn)行降損增容改造時(shí)保持原有的鐵心尺寸不變,改造后的變壓器可達(dá)到S7系列產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。這7臺(tái)變壓器至今運(yùn)行良好,為今后的變壓器改造工作積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。后來(lái),由于資金緊張等多種原因,改造工作未再繼續(xù)進(jìn)行下去。近幾年來(lái),國(guó)內(nèi)變壓器制造業(yè)通過(guò)引進(jìn)技術(shù)或與國(guó)外企業(yè)合資等方式,使變壓器的技術(shù)水平得到不斷提高,新變壓器采用了S9系列或更高的性能標(biāo)準(zhǔn),對(duì)變壓器的抗短路能力、降低局部放電等技術(shù)性能的要求也越來(lái)越高,再沿用過(guò)去的改造方案已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前變壓器的技術(shù)發(fā)展水平。能不能繼續(xù)進(jìn)行鋁繞組變壓器的改造,取決于改造后變壓器的技術(shù)性能和取得的經(jīng)濟(jì)效益能否得到使用部門(mén)的認(rèn)可。因此,我們對(duì)現(xiàn)有的3O多臺(tái)110kV鋁繞組變壓器進(jìn)行了分析,除了繼續(xù)采用原有的技術(shù)措施以外,還針對(duì)新變壓器的性能標(biāo)準(zhǔn)要求提出了將容t為31500kvA的三繞組變壓器改造為容量為5O“叉)kVA的兩繞組變壓器的新方案,并對(duì)110kV鋁繞組變壓器的原改造方案與新改造方案進(jìn)行了比較,見(jiàn)表1。新改造方案的主要技術(shù)原理是利用取消鋼壓板和中壓繞組后所節(jié)省的空間來(lái)適當(dāng)增加繞組匝數(shù)(目的是降低磁通密度,減少空載損耗)、增設(shè)單獨(dú)的調(diào)壓繞組;將鋁導(dǎo)線改為銅導(dǎo)線(導(dǎo)線截面略有提高);增加變壓器的額定容t。從表1可以看出,按照新方案進(jìn)行改造,除取消35kV繞組后有一定的功能損失外,變壓器的技術(shù)性能和經(jīng)濟(jì)價(jià)值都有了很大的提高。隨著電網(wǎng)規(guī)模擴(kuò)大,供電半徑減小,35kV電壓會(huì)越來(lái)越少,對(duì)電壓為110ll0.5kv變壓器的需求量會(huì)增加,因此,這種改造方案從技術(shù)角度和使用需求方面來(lái)說(shuō)是可行的。

4具體要求的確定

為了使鋁繞組變壓器的改造能夠達(dá)到使用的要求,除了要確定改造方案和改造項(xiàng)目(個(gè)別項(xiàng)目可以根據(jù)實(shí)際情況取舍)以外,還必須確定變壓器改造的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)參數(shù)。對(duì)110kv,31500kVA鋁繞組變壓器,改造后的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)符合有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),變壓器負(fù)載能力滿足GBIT15164一1995《油浸式電力變壓器負(fù)載導(dǎo)則》的要求。為保證變壓器改造的質(zhì)t,還提出了一些改進(jìn)結(jié)構(gòu)和工藝的要求。提高變壓器抗短路能力的措施有:¹采用單獨(dú)調(diào)壓繞組的結(jié)構(gòu);º低壓繞組和調(diào)壓繞組采用內(nèi)外撐條的結(jié)構(gòu)并用熱縮帶綁扎加固;»內(nèi)繞組撐條數(shù)t加倍(或增加輔助撐條);¼低壓繞組及調(diào)壓繞組內(nèi)側(cè)采用厚度為5~的硬紙筒;½低壓繞組采用屈服強(qiáng)度為150Nlnlm)的半硬銅導(dǎo)線繞制;¾繞組上的墊塊采用高密度紙板制成,并進(jìn)行倒角處理;¿繞組制造時(shí)采用恒壓干燥工藝,組裝時(shí)采用液壓裝置進(jìn)行帶油緊固;À繞組的壓板采用整圓的高密度層壓木壓板或高密度層壓紙板,最小厚度應(yīng)不小于7O~,每一相壓釘?shù)臄?shù)t應(yīng)不少于8個(gè);Á增加輔助壓板,使繞組上壓釘?shù)奈恢?、上鐵扼下部以及A、C相繞組的外側(cè)都能得到有效的壓緊。降低變壓器局部放電水平的措施有:¹增加鐵心外部地屏;º對(duì)鐵心夾件等金屬件的尖角處進(jìn)行修整圓化處理;»變壓器干燥后進(jìn)行全真空浸油(改造中加固油箱使其能承受真空度達(dá)到殘壓小于133Pa);¼提高繞組的清潔度;½采用優(yōu)質(zhì)的絕緣材料;¾在整個(gè)變壓器改造的過(guò)程中對(duì)器身采取嚴(yán)格的防塵措施。

5改造實(shí)例

下面是一個(gè)將110kv三繞組31500kVA鋁繞組變壓器改造為兩繞組S9系列500漢)kVA高阻抗變壓器的實(shí)例。改造前型號(hào)S斑囚』一31漢X)lllo容t31酬義)kVA電壓110土3x2.5%138.5士5%110.skV阻抗H一M:10.3%H一L:17.7%M一L:6.39%局放不保證空載電流0.日犯%(比同容t即型變壓器高216%)空載損耗匆kw(比同容t畢型變壓器高43%)負(fù)載損耗H一L:210.7kw(比同容t印型變壓器高338%)改造后型號(hào)S陀一50(XX)Zllo容t父儀泊kvA電壓110土8火1.25%/10.5kV阻抗實(shí)側(cè)值16.49%(設(shè)計(jì)值17%)局放實(shí)測(cè)值100丙空載電流0.19%(比同容量陽(yáng)型變壓器低45.7%)空載損耗35kw(比同容量即型變壓器低巧.5%)負(fù)載損耗刀9kw(比同容量即型變壓器高11.8%)至么刃3年底,第一臺(tái)按上述方案改造后的變壓器已經(jīng)安全運(yùn)行了一年多,并順利通過(guò)了夏季負(fù)荷高峰的考驗(yàn)。改造后的試驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行證明,改造產(chǎn)品的性能可達(dá)到改造方案所提出的技術(shù)要求,完全能夠滿足電力部門(mén)的使用要求。

6經(jīng)濟(jì)效益分析

改造鋁繞組變壓器,同樣可以取得很高的經(jīng)濟(jì)效益,對(duì)降低企業(yè)成本有很大好處。6.1改造與新?lián)Q同型變壓器投資回收年限比較下面對(duì)將一臺(tái)31500kVA鋁繞組變壓器改造為5O川洲)kVA銅繞組變壓器與新購(gòu)一臺(tái)50以X)kVA變壓器用來(lái)替換31500kVA鋁繞組變壓器這兩種方案來(lái)進(jìn)行投資回收年限比較〔按年運(yùn)行時(shí)間數(shù)為8700h,年平均負(fù)載系數(shù)為0.5,電價(jià)為0.36元l(k雙飛)]計(jì)算。用于比較的新變壓器為1999年11月某變壓器廠為北京供電公司生產(chǎn)的,其技術(shù)參數(shù)與改造方案基本相同,銘牌參數(shù)為:型號(hào)SFzg一5o側(cè)1〕/110,阻抗電壓16.8%,空載損耗33kw,負(fù)載損耗195.2kw。該新變壓器采用的有載分接開(kāi)關(guān)為進(jìn)口產(chǎn)品,將進(jìn)口有載分接開(kāi)關(guān)的價(jià)格折算成國(guó)產(chǎn)有載分接開(kāi)關(guān)的價(jià)格后,計(jì)算出購(gòu)買(mǎi)一臺(tái)新變壓器的價(jià)格約為22001扣0元。而按上述新改造方案對(duì)變壓器(采用國(guó)產(chǎn)有載分接開(kāi)關(guān))進(jìn)行改造,共需投資的改造費(fèi)用約為1150以X)元。又新購(gòu)變壓器的年運(yùn)行成本根據(jù)計(jì)算可知為256198元;改造后變壓器的年運(yùn)行成本為296757元;而折算為5o側(cè)X)kVA的31500kVA變壓器的年運(yùn)行成本為5偽571元。故新購(gòu)變壓器年節(jié)約運(yùn)行成本為253373元,改造變壓器年節(jié)約運(yùn)行成本為212814元。由此,新購(gòu)變壓器投資回收年限為22000以)l253373=8.7年;改造變壓器投資回收年限為115()(XX)1212814=5.4年以實(shí)際改造變壓器為例來(lái)計(jì)算改造變壓器的降損效益。以變壓器的運(yùn)行壽命為3O年計(jì)算,該變壓器事故前運(yùn)行時(shí)間為14年,故鋁繞組變壓器增容改造后在原鋁繞組變壓器剩余壽命年限內(nèi)能夠取得的節(jié)能效益為(30一14)x2128一4==3405024元。改造變壓器的投資回收年限為5.4年,改造投資回收以后在原變壓器的剩余壽命年限內(nèi)可取得的純收益為(3()一14一5.4)x212814=2255828元。由于變壓器繞組等絕緣件全部更換為新的材料,與新的變壓器完全相同,該變壓器經(jīng)過(guò)改造以后的預(yù)期使用壽命為3O年,使原變壓器的使用壽命可以再延長(zhǎng)14年。從以上數(shù)據(jù)比較可以看出,由于現(xiàn)有的鋁繞組變壓器運(yùn)行成本較大,無(wú)論進(jìn)行改造或更換新變壓器均能夠在較短時(shí)間內(nèi)收回投資取得良好的經(jīng)濟(jì)效益,但是改造變壓器投資回收年限要低于新購(gòu)變壓器的投資回收年限。6.2改造與新?lián)Q同型變壓器的投資效益比較(l)不考慮利率因素時(shí),投資的靜態(tài)補(bǔ)償年限為界=兩方案投資差△Kl兩方案運(yùn)行成本差△u=(2200(X幻一1l5()《XX))/(296757一256198)=25.9年(已超過(guò)變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行壽命)(2)當(dāng)考慮利率因素(年利率:取3%)時(shí),投資的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償年限為兀==[10必U一109(△U一r△K)]1109(l+r)=(4.61一3.96)10.013=5O年從以上計(jì)算可以看出:新購(gòu)變壓器投資大,年運(yùn)行成本略低;改造變壓器投資少,年運(yùn)行成本略高。但比較兩種方案的遠(yuǎn)期投資效益,新?lián)Q變壓器與改造變壓器相比增加投人較多。雖然新變壓器的技術(shù)指標(biāo)略優(yōu)于改造后的變壓器,能夠更進(jìn)一步降低運(yùn)行成本,但增加的投資回收期過(guò)長(zhǎng)。因此,采用較低投人的改造變壓器方案優(yōu)于購(gòu)買(mǎi)新變壓器的方案,從經(jīng)濟(jì)性來(lái)說(shuō)對(duì)鋁繞組變壓器應(yīng)優(yōu)選增容改造方案。7結(jié)束語(yǔ)合理確定變壓器的改造方案、性能參數(shù)和技術(shù)要求,并采取相應(yīng)的措施保證變壓器的改造質(zhì)t,改造后的變壓器性能可與新變壓器相同。改造鋁繞組變壓器有利于提高設(shè)備運(yùn)行水平,降低運(yùn)行成本,而且改造變壓器投資少,投資回收快,更節(jié)約能源,對(duì)企業(yè)和社會(huì)都有良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益。