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1、户内 110kV 变压器的选择http:/ 2009 年 12 月 17 日 09:47 点击数：1446核心提示：邬伟民 1，范德民 2，王剑 3 1.天水供电局，甘肃天水 741000；2.济宁电业局，山东济宁 272100；3.甘肃省电力设计院，甘肃兰州 730050 摘要：本.邬伟民 1，范德民 2，王剑 3 1. 天水供电局，甘肃 天水 741000；2. 济宁电业局，山东 济宁 272100；3. 甘肃省电力设计院，甘肃兰州 730050 摘要：本文就 SF6 气体绝缘变压器(GIT)和环氧浇注干式变压器(HJB)的技术性能、经济指标及其发展前景等相关问题作了剖析和比较，指出 HJ
2、B 应当是户内 110kV 变压器的首选，而且应当加速推广使用。 关键词：GIT；HJB；额定容量；抗短路强度；环境保护；运行维护 随着 110kV 的电力设备进到大型建筑群的内部，甚至进到户内，防燃防爆便成为对变压器运行安全的第一要求。GB 5006019923110kV 高压配电装置设计规范第 5.4.4 条规定：“在高层民用主体建筑中，设置在首层或地下层的变压器不宜选用油浸变压器，设置在其他层的变压器严禁选用油浸变压器。” 为了提高变压器的防火性能，人们尝试用各种不燃或难燃的液态介质代替变压器油，但终因性能、价格、油源、环保等原因而未能找到合适的替代品。JP3近几年有一种名为电缆变压器的
3、瑞士 ABB 产品（dryformer）已投入实验运行，其绕组用交联聚乙烯电缆绕制而成。据有些专家预言该产品将有可能成为变压器家族中的新秀。但目前其价格高于油浸变压器 45 倍。已有 100 多年历史的浸渍式干式变压器，由于电压等级上不去，也很难在 110kV 电网中得到应用。因此，从经济技术统筹考虑，结合实际情况，至今只有二个选择是现实的：SF6 气体变压器和环氧浇注变压器。按照国标 GB64501986 的定义，这二种变压器都属于干式变压器。 1二种变压器概况 1.1SF6 气体绝缘变压器（GIT） SF6 是一种惰性气体，绝缘、绝热性能居诸气体之冠。GIT 的主要特点是用 SF6 气体代
4、替变压器油。从 20 世纪 60 年代初国外就开始了这项尝试。目前在日本，GIT 的电压已可达到 500kV，单台容量可以达到 300MVA，技术上已经相当成熟。我国目前没有 GIT 的制造厂，但在上世纪末，我国一些城市相继引进了日本生产的 110kV GIT 并投入使用，积累了一定的运行经验。 与油浸变压器相比，GIT 的防火性优势是不言而喻的。但也有弱势：目前只能进口，价格较高；由于 SF6 气体本身的绝缘强度，传热能力比变压器油差得多，这使得在产品设计上不得不加大气体密度（压力），加大散热通道的有效横截面积，加大绝缘距离，加强冷却介质的流动量等。使结构、运行维护变得复杂，造成了 GIT
5、在经济技术上的劣势； SF6 气体是京都国际议定书认定的温室气体之一，且其某些分解物有毒。厂方保证年泄漏率1%，即一台 110kV GIT 的日泄漏量为 12L。在环境保护越来越受关注的今天，国际社会将如何限制 SF6 气体的使用尚不可知。 1.2环氧浇注变压器（HJB） HJB 问世也已近 40 年，最早的产品出自于西德 AEG 和 Simens 公司。据统计，在欧美发达国家，HJB已占配电变压器市场份额的 40%以上。但直到上世纪末，电压最高只达到了 66kV。 国内生产 HJB 的厂家有百余家，生产历史最长的也近 30 年。在研制 110kV HJB 的过程中，针对电压升高、容量加大，采
6、取了若干有效的技术措施，达到了较好的效果，并顺利通过了样机的型式试验。措施有：采用纯树脂浸渍式浇注、用无碱玻璃纤维增强、薄层绝缘技术根治开裂；采用圆筒式绕组，设置多层轴向散热气道，使每层导线两面散热，以降低热点温度；屏蔽高压绕组的气道等，降低局放。HJB 单台单相容量最大也已作到了 24MVA。但国内外至今只有一组 31500/110 的 110kV HJB（由三台单相组成）问世，是由山东金曼克集团公司研发的。该产品样机 1999 年 9 月通过国家变压器质检中心的全面测试（含突发短路试验），同年 11 月通过两部技术鉴定，2000 年 11 月在山东济宁龙桥变电站投入电网运行。2002 年通
7、过国家机械联和国家电力公司联合组织的运行鉴定。结论是：经试验和运行验证，该产品抗短路能力强、过载能力高、无污染、免维护、性能优良、结构合理，在世界上属于首例，其技术水平国际领先。建议加快系列产品开发，抓紧进行批量生产和推广使用。 尽管专家评价高，运行反映好，但 110kV 的 HJB 制造和运行经验不足，疑虑不少。本文拟就有关 GIT和 HJB 的主要技术、经济问题作一剖析和比较。 2GIT 与 HJB 的主要技术参数 二种干式变压器技术参数比较见表 1。 表 1二种干式变压器技术参数摘要表 SF6气体变压器（三相共体式）树脂浇注固体变压器（三单相组合式）树脂浇注固体变压器（三单相组合式）序号
8、 型号（日本东芝） GVB-BSG-50/110（三菱） SCZ9-50/1100（山东金曼克） SCZ9-31.5/110（山东金曼克)1 例号 1 2 3 42额定容量/MVA63(强迫导向冷却GDAF 下)20（自冷 GNAN 下）50（内外强冷GFAF 下）37.5（内强外自冷GFAN 下）25（全自冷下）63(强迫风冷下)以上50(自冷下)40(强迫风冷下)以上31.5(自冷下)3 电压组合 11081.25%/10.5双绕组 11081.5%/11双绕组 11041.5/10.5双绕组 11041.5/10.5双绕组4绝缘水平/kV LI550AC230 / LI325AC140
9、/ LI95AC38 LI450AC200/LI250AC95/LI75AC3555绕组绝缘耐热等级及温升/KE 级：75上层气体：67.3E 级：75线圈:70铁心:90F 级：100线圈：66.2铁心：76.8F 级：100线圈：61.3铁心：76.166空载损耗/kW36.540+15% 23 64 43.4457负载损耗/kW231.7250+15%（63MVA、85下）170（50MVA、75下）146（50MVA、120下） 1268 空载电流/% 0.210.45 0.47 0.25 0.229 阻抗电压/%20.82(63MVA、85下)16(50MVA、75下) 13-181
10、5.2110 阻抗偏差/% +10% +10% 1.5% 1.5%11辅机损耗/kW 18 11.2 4.8 3.612 噪声/dB 71.775 74 66 63.07（自冷时）13局部放电量/pC1.0Um下:10 50(1.5 Um下) 1.5Um下:2314 总质量/kg 84000 74000 338500 33850015外形尺寸/mm(长宽高)74005000510056804545416053804340406016 备注 1现在北京慈云寺变电站运行现在深圳供电局运行 现在济宁电业局大桥变电站运行注 1： 表中方括号内表示的是设计保证值，圆括号内表示的是前提条件。括号外的值是实
11、际（测）值。 注 2： 表中的数据均为制造厂提供。 3主要经济技术参数和指标的分析与比较 3.1容量 变压器的允许负荷与冷却方式是直接相关的，然而在标注额定容量时，气体变压器（GIT）与固体变压器（HJB）不同。东芝 GIT 的额定容量是内部强迫导向循环，外加强迫风冷，即 GDAF 下的容量，为63MVA，而自冷容量不到 1/3；而金曼克 HJB 的额定容量是完全自冷下的容量，为 50MVA，启动通风冷却后，容量可增加 30%以上。这在二者比较时应特别注意。 3.2温升 变压器的允许温升（与环境温度之差）受其绝缘的耐热等级制约。GIT 是 E 级绝缘，允许温升 75K。实测为 67.3K，这是
12、变压器箱壳内上层气体的温升。HJB 是 F 级绝缘，允许温升 100K。实测的结果是：绕组平均温升 61.3K，铁心 76.1K。很明显，GIT 的绕组和铁心的实际温升比 HJB 的高，至少要高十几开，而其绝缘的耐热温升限额却低 25K。还须指出 GIT 绕组用的主纵绝缘的固体材料是交联聚乙烯（XLPE）膜，它比通常的环氧材料容易热老化。所以，在同样的负荷率和环境温度下，如果没有意外事故，HJB 绝缘的热寿命会比 GIT 长许多。 3.3绝缘水平 从技术参数对照表可以看到 GIT 的绝缘水平比 HJB 的要高。显然是绝缘裕度大。但这里有如下三点应说明。 3.3.1过电压保护 如今 110kV
13、配电装置必配氧化锌避雷器（MOA）。这时，避雷器的残压是绝缘配合的基础。国标GB 110322000交流无间隙金属氧化物避雷器规定的可供 110kV 系统选用的 MOA 的雷电冲击电流残压最大为 281kV，最小为 235kV。很明显，即使选用雷电冲击残压最大的 MOA，HJB 的雷电耐受电压 LI450和 GIS 的 LI550 的配合因数分别达 1.6 和 1.96，都完全满足我国国标 GB 311.11997高压输变电设备的绝缘配合的“4.7.3 配合因数 Kc”中 Kc1.4 的要求的。 3.3.2绝缘老化 国标 GB 311.11997高压输变电设备的绝缘配合的“4 绝缘配合基本原则
14、”中规定：“考虑所采用的过电压保护措施后，决定设备上可能的作用电压，并根据设备的绝缘特性及可能影响绝缘特性的因素，从安全运行和技术经济合理性两方面确定设备的绝缘水平。”考虑到 GIT 中主纵绝缘中的 XLPE 的热老化性能相对（油纸）较差，要求 GIT 降低温升设计值和提高绝缘的冲击电压耐受水平是必要的。 3.3.3绝缘污染 HJB 和 GIT 最明显的区别是有无密封的壳罩。HJB 的心体完全裸露在环境大气中，防污染就需加强。这需要从设计上对环境的净化和通风给予更大重视。通风包括变压器室的通风和变压器内外表面的吹风。后者至少是应当定期进行的。吹风机兼作冷却器，一身两任。户内 GIS 也需室内通
15、风，而且配置的容量因总损耗较大而稍大于 HJB。 3.4冷却 GIT 的冷却方式比较复杂。一台 110kV、63MVA 的变压器，配置了强迫内循环及导向，外部是强迫吹风，而且几乎需要常年运行，否则容量只能达到额定的 30%左右。运行经验显示：GIT 冷却系统的故障率较高，维护工作量大。而 HJB 只需要几台风机即可达到冷却效果。 3.5损耗 损耗是电力变压器最重要的经济技术指标，也是用户最关注的指标之一。由于铁心原材料在单耗和单价上均已有很大的选用范围，于是损耗主要是个在经济上一次初投资和终生总投资的优化问题。 上述二种变压器的损耗应有三项：空载损耗、负载损耗、辅机损耗。在其目前的价格水平下：
16、 空载损耗：GIT 低于 HJB1824kW； 负载损耗：都换算到 63MVA，85时，HJB 比 GIT 低 41kW 以上； 辅机损耗：GIT 比 HJB 大 23 倍。 三项损耗加起来，同样出力 63MVA 时，二者的设计保证值，例 3 的 HJB 比例 1 的 GIT 低 10%以上，参见表 1。 3.6电压组合和分接开关 由于目前只能选用真空触点的有载分接开关使得干式变压器的调压范围可能受到一些限制。如：MR的 3VT500 型，级电压 1000V，13 级，500/5000A。其调压范围为61.5%，短路电流 5 kA，对地绝缘水平是 LI250AC80，尽管稍低于变压器高压中性点的绝缘水平，但安装在高压绕组的接地端，并配以 MOA运行，是没有问题的
