無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓電力變壓器改為有載調(diào)壓成熟可行的技術(shù)介紹
當(dāng)前，我國(guó)電網(wǎng)運(yùn)行中的變壓器仍有數(shù)量不少是20世紀(jì)90年代前生產(chǎn)的“7”型無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓變壓器（簡(jiǎn)稱(chēng)無(wú)載調(diào)壓變壓器，下同），這些設(shè)備雖然主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和安全因素均還可以，但調(diào)壓性能已不能適應(yīng)當(dāng)今電力工業(yè)的發(fā)展和供電電壓質(zhì)量更高的技術(shù)要求。為了充分挖掘這一龐大的社會(huì)資源，走內(nèi)涵技術(shù)改造的發(fā)展路線(xiàn)，通過(guò)多年實(shí)踐，專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)變壓器有載分接開(kāi)關(guān)測(cè)試儀廠(chǎng)家拓普電氣為您總結(jié)出以下兩種比較成熟和可行的改造方式。
徹底改造方式在原變壓器鐵心直徑及窗口尺寸不變的情況下，應(yīng)用近年國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，如：①線(xiàn)圈采用折流板設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)在自冷或風(fēng)冷變壓器內(nèi)部導(dǎo)線(xiàn)導(dǎo)向冷卻方式，消除了冷卻油道死油區(qū)，縮小了冷卻油道尺寸，還能降低線(xiàn)圈對(duì)油溫升。②線(xiàn)圈絕緣墊塊采用加密預(yù)壓、倒圓角磨邊、恒壓干燥等先進(jìn)的新工藝，提高了墊塊絕緣強(qiáng)度，進(jìn)而有可能縮小線(xiàn)段油道距離，增加段間電容量，最終達(dá)到降低線(xiàn)圈進(jìn)線(xiàn)端線(xiàn)段電位梯度，提高了變壓器的耐雷水平。③在主絕緣結(jié)構(gòu)方面采用了硬紙筒，瓦愣紙板油道設(shè)計(jì)，變壓器絕緣后期處理工藝上采用了真空干燥、真空進(jìn)油、絕緣油真空脫氣等，顯著提高了變壓器整體絕緣水平。
綜合采用了以上先進(jìn)設(shè)計(jì)和工藝后，有效地縮小了高低壓線(xiàn)圈軸向和幅向尺寸，在原鐵心窗口內(nèi)能空出調(diào)壓線(xiàn)圈的位置。再在變壓器整體設(shè)計(jì)時(shí)，適當(dāng)?shù)亟档丸F心磁通密度和線(xiàn)圈導(dǎo)線(xiàn)電流密度，重繞高低壓線(xiàn)圈和增加專(zhuān)用調(diào)壓線(xiàn)圈。油箱外殼僅在A相端直線(xiàn)部分加長(zhǎng)600780mm，以便安裝有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)（后面尺寸是采用組合型有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)時(shí)選用）。油箱其他附件的安裝尺寸可基本保持不變。高低壓絕緣套管、冷卻系統(tǒng)等附件經(jīng)大修試驗(yàn)合格，均可繼續(xù)使用（增容改造時(shí)需適當(dāng)增加冷卻器數(shù)量）。
經(jīng)上述技術(shù)改造后，原生產(chǎn)于20世紀(jì)80年代期間屬于“7”型國(guó)產(chǎn)無(wú)載調(diào)壓變壓器（包括三線(xiàn)圈），不僅不會(huì)減小容量，甚至還可以普遍增加一個(gè)容量等級(jí)，改造成為“8”型有載調(diào)壓變壓器。至于20世紀(jì)90年代初生產(chǎn)的“7”型無(wú)載調(diào)壓變壓器，因已部分采用了新工藝新技術(shù)，只能在同容量等級(jí)改為“8”型有載調(diào)壓變壓器。改造后變壓器除了鐵心、油箱及附件外，內(nèi)部線(xiàn)圈及絕緣結(jié)構(gòu)全部更新，故完工后均按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的新制造變壓器要求做全部出廠(chǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目。其主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于“8”型標(biāo)準(zhǔn)，部分指標(biāo)（如空載損耗！達(dá)到或優(yōu)于“9”型要求。改造后的調(diào)壓范圍一般為％110±8）x1.25%kV%個(gè)別為％110±8）x1.5%kV）。
對(duì)于20世紀(jì)80年代開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外的無(wú)載調(diào)壓變壓器和90年代中后期（國(guó)產(chǎn)“8型和”9“型無(wú)載調(diào)壓變壓器），因制造時(shí)已經(jīng)大部分或全部采用了上述先進(jìn)的設(shè)計(jì)和工藝，內(nèi)部鐵心窗口已無(wú)潛力可挖。220kV無(wú)載調(diào)壓變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造工程浩大，不宜采取徹底改造的方式，但可采用下述主、調(diào)分體局部改造方式％中性點(diǎn)加裝有載調(diào)壓變壓器）進(jìn)行有載調(diào)壓改造。
局部改造方式在現(xiàn)場(chǎng)吊罩（或吊心）將原無(wú)載調(diào)壓變壓器（簡(jiǎn)稱(chēng)主變壓器，下同）高壓中性線(xiàn)分相解開(kāi)，用套管引出油箱體外，再與工廠(chǎng)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造的中性點(diǎn)有載調(diào)壓變壓器％簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)壓變壓器，下同）的調(diào)壓線(xiàn)圈串聯(lián)，調(diào)壓變的低壓（即勵(lì)磁）線(xiàn)圈與主變壓器并聯(lián)組合成為有載調(diào)壓變壓器組％簡(jiǎn)稱(chēng)變壓器組，下同），實(shí)現(xiàn)有載調(diào)壓運(yùn)行。這樣既保留了原主變壓器無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓的調(diào)壓范圍，又增加了調(diào)壓變的有載調(diào)壓功能。
該改造方式除大城市市區(qū)中心變電站受安裝場(chǎng)地限制不宜采用外，其他110，220kV變電站采用這種改造方式均無(wú)任何障礙。如能結(jié)合主變壓器定期大修工程進(jìn)行，更可不增加檢修工期就能完成任務(wù)。
調(diào)壓變的主要技術(shù)參數(shù)選擇
1.1調(diào)壓范圍一般根據(jù)運(yùn)行電壓波動(dòng)幅度而定，但為了與標(biāo)準(zhǔn)一致，統(tǒng)一選用*8x1.25%%*10%）的調(diào)壓范圍。特殊情況也可采用*8x1.5%%*12%）的調(diào)壓范圍。
1.2額定電流和額定容量調(diào)壓變調(diào)壓線(xiàn)圈額定電流！n應(yīng)略大于或等于主變壓器高壓側(cè)線(xiàn)圈額定電流！1N，避免因調(diào)壓變影響主變壓器額定出力，調(diào)壓變實(shí)際所需容量為：壓器高壓側(cè)額定容量。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)系列容量等級(jí)中選擇接近或大于實(shí)際所需容量為調(diào)壓變的額定容量（Sn）。即：Sn"S.主變壓器與調(diào)壓變壓器容量配合百分比。
1.3接線(xiàn)組別調(diào)壓變的勵(lì)磁線(xiàn)圈是為建立其主磁通所需，為接線(xiàn)方便，其電壓取自主變壓器低壓側(cè)，為了調(diào)壓變壓器線(xiàn)圈電壓與主變壓器高壓側(cè)相位一致，調(diào)壓變勵(lì)磁線(xiàn)圈接線(xiàn)組別也應(yīng)與主變壓器相同。
1.4絕緣水平調(diào)壓變的絕緣水平只要能滿(mǎn)足主變壓器中性點(diǎn)半絕緣水平要求即可，過(guò)去國(guó)產(chǎn)110 kV變壓器中性點(diǎn)半絕緣水平為35kV（現(xiàn)改為40kV），新頒布的變壓器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式的220 kV變壓器中性點(diǎn)絕緣水平也只要求35kV，故對(duì)調(diào)壓變的絕緣水平均按40kV設(shè)計(jì)。
1.5過(guò)電壓保護(hù)有載變壓器組雖然電器接線(xiàn)上與普通的有載調(diào)壓電力變壓器沒(méi)有區(qū)別，但由于主變壓器、調(diào)壓變采用了分體結(jié)構(gòu)，各自單獨(dú)的電磁系統(tǒng)，兩者之間沒(méi)有磁場(chǎng)費(fèi)合聯(lián)系，不存在電磁感應(yīng)過(guò)電壓，靜電電容感應(yīng)過(guò)電壓也因沒(méi)有直接的電容耦合聯(lián)系，當(dāng)沖擊過(guò)電壓作用于主變壓器高壓線(xiàn)圈端部時(shí)，其電磁波只能從一個(gè)線(xiàn)圈向另一個(gè)線(xiàn)圈的方式多次傳遞，才能達(dá)到調(diào)壓變調(diào)壓線(xiàn)圈上來(lái)，這樣其過(guò)電壓幅值就必然會(huì)下降至可忽略不計(jì)的程度。但為防止主變壓器高壓線(xiàn)圈末端自由振蕩過(guò)電壓對(duì)主變壓器及調(diào)壓變的危害，在主變壓器、調(diào)壓變之間連線(xiàn)上，可以分相安裝相應(yīng)電壓等級(jí)的避雷器保護(hù)。但調(diào)壓變已有足夠的絕緣水平（40kV），且調(diào)壓線(xiàn)圈級(jí)間又有較大縱向電容，也可以在常規(guī)中性點(diǎn)接地開(kāi)關(guān)前安裝避雷器保護(hù)，但要取消原先的放電間隙，以防間隙放電時(shí)產(chǎn)生高頻過(guò)電壓而使主變壓器及調(diào)壓變縱絕緣擊穿。
另外，不論有載調(diào)壓變壓器組容量多大，電壓等級(jí)多高，其中采用的有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)只要常規(guī)技術(shù)參數(shù)符合要求，無(wú)需加裝電位連接電阻保護(hù)。因?yàn)橛休d調(diào)壓開(kāi)關(guān)極性切換過(guò)渡瞬間的懸浮電壓是按下式計(jì)算：Vm為分接線(xiàn)圈全電壓；Cw為變壓器高壓線(xiàn)圈與調(diào)壓線(xiàn)圈之間的電容；E為調(diào)壓線(xiàn)圈與變壓器相壁之間的電容。
有載調(diào)壓變壓器組是屬于主、調(diào)分體結(jié)構(gòu)，高壓線(xiàn)圈對(duì)調(diào)壓線(xiàn)圈之間的電容Cw=0，故上式前項(xiàng)為零，懸浮電壓可忽略不計(jì)。
經(jīng)多年電力變壓器改造以及廣大用戶(hù)的反映，前述兩種大型無(wú)載調(diào)壓電力變壓器改造為有載調(diào)壓變壓器方式，在電網(wǎng)技術(shù)升級(jí)換代中起到了很好的作用。
徹底改造方式在原變壓器鐵心直徑及窗口尺寸不變的情況下，應(yīng)用近年國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，如：①線(xiàn)圈采用折流板設(shè)計(jì)，能實(shí)現(xiàn)在自冷或風(fēng)冷變壓器內(nèi)部導(dǎo)線(xiàn)導(dǎo)向冷卻方式，消除了冷卻油道死油區(qū)，縮小了冷卻油道尺寸，還能降低線(xiàn)圈對(duì)油溫升。②線(xiàn)圈絕緣墊塊采用加密預(yù)壓、倒圓角磨邊、恒壓干燥等先進(jìn)的新工藝，提高了墊塊絕緣強(qiáng)度，進(jìn)而有可能縮小線(xiàn)段油道距離，增加段間電容量，最終達(dá)到降低線(xiàn)圈進(jìn)線(xiàn)端線(xiàn)段電位梯度，提高了變壓器的耐雷水平。③在主絕緣結(jié)構(gòu)方面采用了硬紙筒，瓦愣紙板油道設(shè)計(jì)，變壓器絕緣后期處理工藝上采用了真空干燥、真空進(jìn)油、絕緣油真空脫氣等，顯著提高了變壓器整體絕緣水平。
綜合采用了以上先進(jìn)設(shè)計(jì)和工藝后，有效地縮小了高低壓線(xiàn)圈軸向和幅向尺寸，在原鐵心窗口內(nèi)能空出調(diào)壓線(xiàn)圈的位置。再在變壓器整體設(shè)計(jì)時(shí)，適當(dāng)?shù)亟档丸F心磁通密度和線(xiàn)圈導(dǎo)線(xiàn)電流密度，重繞高低壓線(xiàn)圈和增加專(zhuān)用調(diào)壓線(xiàn)圈。油箱外殼僅在A相端直線(xiàn)部分加長(zhǎng)600780mm，以便安裝有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)（后面尺寸是采用組合型有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)時(shí)選用）。油箱其他附件的安裝尺寸可基本保持不變。高低壓絕緣套管、冷卻系統(tǒng)等附件經(jīng)大修試驗(yàn)合格，均可繼續(xù)使用（增容改造時(shí)需適當(dāng)增加冷卻器數(shù)量）。
經(jīng)上述技術(shù)改造后，原生產(chǎn)于20世紀(jì)80年代期間屬于“7”型國(guó)產(chǎn)無(wú)載調(diào)壓變壓器（包括三線(xiàn)圈），不僅不會(huì)減小容量，甚至還可以普遍增加一個(gè)容量等級(jí)，改造成為“8”型有載調(diào)壓變壓器。至于20世紀(jì)90年代初生產(chǎn)的“7”型無(wú)載調(diào)壓變壓器，因已部分采用了新工藝新技術(shù)，只能在同容量等級(jí)改為“8”型有載調(diào)壓變壓器。改造后變壓器除了鐵心、油箱及附件外，內(nèi)部線(xiàn)圈及絕緣結(jié)構(gòu)全部更新，故完工后均按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的新制造變壓器要求做全部出廠(chǎng)試驗(yàn)項(xiàng)目。其主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于“8”型標(biāo)準(zhǔn)，部分指標(biāo)（如空載損耗！達(dá)到或優(yōu)于“9”型要求。改造后的調(diào)壓范圍一般為％110±8）x1.25%kV%個(gè)別為％110±8）x1.5%kV）。
對(duì)于20世紀(jì)80年代開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外的無(wú)載調(diào)壓變壓器和90年代中后期（國(guó)產(chǎn)“8型和”9“型無(wú)載調(diào)壓變壓器），因制造時(shí)已經(jīng)大部分或全部采用了上述先進(jìn)的設(shè)計(jì)和工藝，內(nèi)部鐵心窗口已無(wú)潛力可挖。220kV無(wú)載調(diào)壓變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)改造工程浩大，不宜采取徹底改造的方式，但可采用下述主、調(diào)分體局部改造方式％中性點(diǎn)加裝有載調(diào)壓變壓器）進(jìn)行有載調(diào)壓改造。
局部改造方式在現(xiàn)場(chǎng)吊罩（或吊心）將原無(wú)載調(diào)壓變壓器（簡(jiǎn)稱(chēng)主變壓器，下同）高壓中性線(xiàn)分相解開(kāi)，用套管引出油箱體外，再與工廠(chǎng)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造的中性點(diǎn)有載調(diào)壓變壓器％簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)壓變壓器，下同）的調(diào)壓線(xiàn)圈串聯(lián)，調(diào)壓變的低壓（即勵(lì)磁）線(xiàn)圈與主變壓器并聯(lián)組合成為有載調(diào)壓變壓器組％簡(jiǎn)稱(chēng)變壓器組，下同），實(shí)現(xiàn)有載調(diào)壓運(yùn)行。這樣既保留了原主變壓器無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓的調(diào)壓范圍，又增加了調(diào)壓變的有載調(diào)壓功能。
該改造方式除大城市市區(qū)中心變電站受安裝場(chǎng)地限制不宜采用外，其他110，220kV變電站采用這種改造方式均無(wú)任何障礙。如能結(jié)合主變壓器定期大修工程進(jìn)行，更可不增加檢修工期就能完成任務(wù)。
調(diào)壓變的主要技術(shù)參數(shù)選擇
1.1調(diào)壓范圍一般根據(jù)運(yùn)行電壓波動(dòng)幅度而定，但為了與標(biāo)準(zhǔn)一致，統(tǒng)一選用*8x1.25%%*10%）的調(diào)壓范圍。特殊情況也可采用*8x1.5%%*12%）的調(diào)壓范圍。
1.2額定電流和額定容量調(diào)壓變調(diào)壓線(xiàn)圈額定電流！n應(yīng)略大于或等于主變壓器高壓側(cè)線(xiàn)圈額定電流！1N，避免因調(diào)壓變影響主變壓器額定出力，調(diào)壓變實(shí)際所需容量為：壓器高壓側(cè)額定容量。按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)系列容量等級(jí)中選擇接近或大于實(shí)際所需容量為調(diào)壓變的額定容量（Sn）。即：Sn"S.主變壓器與調(diào)壓變壓器容量配合百分比。
1.3接線(xiàn)組別調(diào)壓變的勵(lì)磁線(xiàn)圈是為建立其主磁通所需，為接線(xiàn)方便，其電壓取自主變壓器低壓側(cè)，為了調(diào)壓變壓器線(xiàn)圈電壓與主變壓器高壓側(cè)相位一致，調(diào)壓變勵(lì)磁線(xiàn)圈接線(xiàn)組別也應(yīng)與主變壓器相同。
1.4絕緣水平調(diào)壓變的絕緣水平只要能滿(mǎn)足主變壓器中性點(diǎn)半絕緣水平要求即可，過(guò)去國(guó)產(chǎn)110 kV變壓器中性點(diǎn)半絕緣水平為35kV（現(xiàn)改為40kV），新頒布的變壓器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，中性點(diǎn)接地運(yùn)行方式的220 kV變壓器中性點(diǎn)絕緣水平也只要求35kV，故對(duì)調(diào)壓變的絕緣水平均按40kV設(shè)計(jì)。
1.5過(guò)電壓保護(hù)有載變壓器組雖然電器接線(xiàn)上與普通的有載調(diào)壓電力變壓器沒(méi)有區(qū)別，但由于主變壓器、調(diào)壓變采用了分體結(jié)構(gòu)，各自單獨(dú)的電磁系統(tǒng)，兩者之間沒(méi)有磁場(chǎng)費(fèi)合聯(lián)系，不存在電磁感應(yīng)過(guò)電壓，靜電電容感應(yīng)過(guò)電壓也因沒(méi)有直接的電容耦合聯(lián)系，當(dāng)沖擊過(guò)電壓作用于主變壓器高壓線(xiàn)圈端部時(shí)，其電磁波只能從一個(gè)線(xiàn)圈向另一個(gè)線(xiàn)圈的方式多次傳遞，才能達(dá)到調(diào)壓變調(diào)壓線(xiàn)圈上來(lái)，這樣其過(guò)電壓幅值就必然會(huì)下降至可忽略不計(jì)的程度。但為防止主變壓器高壓線(xiàn)圈末端自由振蕩過(guò)電壓對(duì)主變壓器及調(diào)壓變的危害，在主變壓器、調(diào)壓變之間連線(xiàn)上，可以分相安裝相應(yīng)電壓等級(jí)的避雷器保護(hù)。但調(diào)壓變已有足夠的絕緣水平（40kV），且調(diào)壓線(xiàn)圈級(jí)間又有較大縱向電容，也可以在常規(guī)中性點(diǎn)接地開(kāi)關(guān)前安裝避雷器保護(hù)，但要取消原先的放電間隙，以防間隙放電時(shí)產(chǎn)生高頻過(guò)電壓而使主變壓器及調(diào)壓變縱絕緣擊穿。
另外，不論有載調(diào)壓變壓器組容量多大，電壓等級(jí)多高，其中采用的有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)只要常規(guī)技術(shù)參數(shù)符合要求，無(wú)需加裝電位連接電阻保護(hù)。因?yàn)橛休d調(diào)壓開(kāi)關(guān)極性切換過(guò)渡瞬間的懸浮電壓是按下式計(jì)算：Vm為分接線(xiàn)圈全電壓；Cw為變壓器高壓線(xiàn)圈與調(diào)壓線(xiàn)圈之間的電容；E為調(diào)壓線(xiàn)圈與變壓器相壁之間的電容。
有載調(diào)壓變壓器組是屬于主、調(diào)分體結(jié)構(gòu)，高壓線(xiàn)圈對(duì)調(diào)壓線(xiàn)圈之間的電容Cw=0，故上式前項(xiàng)為零，懸浮電壓可忽略不計(jì)。
經(jīng)多年電力變壓器改造以及廣大用戶(hù)的反映，前述兩種大型無(wú)載調(diào)壓電力變壓器改造為有載調(diào)壓變壓器方式，在電網(wǎng)技術(shù)升級(jí)換代中起到了很好的作用。
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