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节能型电力变压器的分析与应用

 1 概述

  我国电力消费能源在一次能源中约占40%,发电供热用煤约占全国煤炭消费量的50%,主要污染物二氧化硫的排放量也要占50%左右,电力行业是节约能耗和污染物减排的重要领域,变压器在整个电力系统中是一种广泛应用的电气设备,通常情况下,从发电、供电到用电,需要经过3~5次的变压过程,其自身需要产生有功功率和无功功率消耗。目前我国在广义电力系统(包括发、供、用电)运行中,变压器总的电能损耗占总发电量的10%左右,大约1100亿kWh,数额巨大。

  2006年1月9日国家发布,2006年7月1日正式实施了GB20052—2006《三相配电变压器能效限定值及节能评价值》标准,标准规定了配电变压器的能效限定值和配电变压器目标能效限定值,同时规定配电变压器目标能效限定值自本标准实施之日起4年后开始实施。

  2008年4月24日国家发布、2008年12月1日实施GB/T10228—2008《干式电力变压器技术参数和要求》标准,降低了干式变压器的空载损耗和负载损耗,并将包封干式变压器的技术参数和非包封干式变压器技术参数合并为统一技参数。

  因此,大力推行节能型变压器,是实现节能减排的重要途经,在全社会的节能降耗体系中占有举足轻重的地位。

  本文将就三维立体卷铁心节能干式电力变压器作一简单的分析,力求在节能降耗领域发挥出其应有的作用。

  2 变压器结构

  干式电力变压器定义:

  变压器是利用电磁感应的原理来改变交流电压的装置,主要构件是初级线圈、次级线圈和铁心(磁芯)。干式变压器采用空气作为冷却介质,利用空气流动为变压器降温。是一种电气强度、机械强度、耐热强度很高的电力变压器。适用于各种工业与民用应用场所。

  2.1 传统干式电力变压器结构 变压器铁芯采用高导磁性、低能耗,冷轧晶粒取向的高品质硅钢片制造,采用45°全斜接缝,多级步进叠接结构。铁轭采用无孔夹紧结构,芯柱采用绝缘带绑扎,铁芯表面采用特殊树脂密封以防潮防锈。要求铁芯尽量降低空载损耗、空载电流及噪音。

  变压器的高压侧绕组采用铜线和铜箔绕制,采用层式结构。层间为多层绝缘薄膜,内外缠绕多层玻璃纤维网格布增强,在高真空状态下浇注添加石英粉填料的环氧树脂,经固化形成密封整体。局部放电量不大于5pC。低压侧绕组采用铜箔绕制,层间采用半固化绝缘材料,引线母排与铜箔用自动气体保护焊接,内外缠绕玻璃纤维网格布增强,在高真空状态下浇注添加石英粉填料的环氧树脂或端部填充环氧树脂,经固化形成密封整体。高、低压线圈均采用直接绕制工艺,要求铁芯与高、低压线圈三者之间结合紧密,具有较强的抗短路能力。变压器绝缘系统的耐热等级为主要有F级和H级。

  干式电力变压器的特点:

  ①损耗低,节电效果相对较好。②阻燃、防爆、免维修、可分散安装在负荷,降低投资造价,节约费用。③局部放电量小于10PC,线圈不吸潮,不吸尘,机械强度高,可靠性好。④抗短路,耐雷电冲击性能好。⑤外壳可采用不绣钢、冷轧钢板和铝合金板材三种材料,进出线可以工程需要灵活设置,如上进上出,下进上出,下进下出等。

  目前工程中主要采用的干式变压器型号有SC系列、SCB系列、SCL系列、SCR系列等。

  2.2 三维立体卷铁心变压器的结构 铁芯结构:三维立体卷铁心变压器,铁芯结构由三个几何尺寸完全系统的单框半圆形截面卷铁心组成,相互间角度为60°,铁心心柱截面由两个半圆组成一个完整的圆形,铁轭截面为半圆形,为心柱的一半。

  由于每个单框铁心为卷铁心,且框与框之间有气隙,因此磁通由于气隙磁阻较大而各框形成单独回路。

  绕组结构:高压绕组采用饼式绕组结构,由NOMEX@纸包铜线绕制,饼间采用高频陶瓷垫片支垫。低压绕组采用箔式绕组结构。箔式低压绕组与饼式高压绕组相配合,绕组端部漏抗小,变压器抗短路能力强。高、低压绕组采用了NOMEX@绝缘制品和高频陶瓷,在高湿度、高温度条件下,均能保持较高的电阻率,介质损耗因数在高温下变化不大,故电气性能较佳,即使在短路故障时,热稳定性仍然良好,过负载能力和耐冲击性负荷能力较强。

  3 三维立体卷铁心变压器的结构特点

  三维立体卷铁心层间没有接缝,磁路各处分布均匀,没有明显的高阻区,没有接缝处磁通密度的畸变现象。

  磁通方向与硅钢片晶体取向完全一致。

  三相磁路长度完全相等,力求三相磁路长度之。

  三相磁路完全对称,以使三相空载电流完全平衡。

  4 三维立体卷铁心变压器与传统铁心变压器的性能比较

  4.1 降低空载损耗 当变压器二次绕组开路,一次绕组施加额定频率正弦波的额定电压时,所消耗的有功功率称为空载损耗。变压器的空载损耗主要是铁心损耗,与铁心的重量、制造工艺密切相关。

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