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      新型全密封變壓器“呼吸裝置”的設(shè)計(jì)改進(jìn)與驗(yàn)證

      2014-12-04 07:51:38陳芳CHENFang白少峰BAIShaofeng
      價值工程 2014年36期
      關(guān)鍵詞:儲油油罐油箱

      陳芳CHEN Fang;白少峰BAI Shao-feng

      (銀川能源學(xué)院電力系,銀川 750105)

      (Department of Electric Power,Yinchuan Energy College,Yinchuan 750105,China)

      0 引言

      本文所述的新型全密封變壓器設(shè)計(jì)核心為“呼吸裝置”,該裝置不僅用于油浸式全密封變壓器,還可用于油浸式互感器、油罐或其他在熱脹冷縮時需要進(jìn)行容量調(diào)節(jié)的密封容器。

      1 現(xiàn)狀

      目前變壓器、互感器、電抗器儲油柜一般采用敞開式儲油柜或全密封儲油柜。敞開式儲油柜中變壓器油和大氣直接接觸;全密封儲油柜是在敞開式儲油柜的基礎(chǔ)上增加裝置使油和空氣不直接接觸,杜絕了油的氧化和水分進(jìn)入油中,目前裝置采用三種形式:①金屬波紋管;②隔膜;③膠囊。

      當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化,變壓器油溫升高或降低會導(dǎo)致變壓器油的膨脹、收縮。儲油柜相當(dāng)于一個“呼吸裝置”[1]。當(dāng)油膨脹時,油從油箱進(jìn)入儲油柜,儲油柜中的空氣被排入大氣;當(dāng)油收縮時,油從儲油柜進(jìn)入油箱,大氣中的空氣被吸入儲油柜。外油式金屬波紋、膠囊儲油柜中金屬波紋、膠囊隨油膨脹和收縮。內(nèi)油式金屬波紋儲油柜中金屬波紋隨油膨脹和收縮;隔膜式儲油柜中隔膜隨油膨脹、收縮而上升和下降。

      由于儲油柜安裝在箱蓋之上,在儲油柜上需安裝支架來滿足與高低壓引線間的電氣距離,給運(yùn)輸、安裝帶來很大麻煩,另外為使儲油柜安全的“呼吸”,必須使儲油柜擁有足夠大的容積,一般設(shè)計(jì)時按總油量的10%取值,儲油柜運(yùn)行前需要裝入50%容積的油,即相當(dāng)于總油量的5%。

      另外小容量全密封變壓器采用氣墊或特殊散熱器來調(diào)節(jié)變壓器油的膨脹和收縮。采用氣墊調(diào)節(jié)的變壓器,由于套管在頂部,高低壓引線和開關(guān)暴露在空氣中,安全性降低。目前大于800kVA 的變壓器也采用無儲油柜的全密封結(jié)構(gòu),GB6451-1999 規(guī)定:當(dāng)容量大于800kVA 的變壓器需要安裝氣體保護(hù)裝置,而采用頂部充氣結(jié)構(gòu)的全密封變壓器所裝的氣體保護(hù)裝置形同虛設(shè),不起作用。采用特殊散熱器的變壓器,是靠散熱器的膨脹量來“呼吸”的,這種“呼吸”對散熱器技術(shù)要求很高,大大增加成本,而且當(dāng)油的膨脹量超出散熱器的膨脹量,油就會從油箱頂部密封面滲出,影響變壓器的美觀和運(yùn)行安全。而通過增加散熱器數(shù)量來滿足油的膨脹量,或者選擇彈性模量好的膨脹式散熱器,成本也會大幅增加。

      油罐的情形類似于小容量采用氣墊的全密封變壓器,但油罐只考慮環(huán)境溫度的變化。常見問題是:運(yùn)輸前油的各項(xiàng)指標(biāo)均合格,當(dāng)經(jīng)過長途運(yùn)輸后,水分通常超標(biāo),變壓器油耐壓下降,必須重新濾油降低水分含量,增加成本。

      2 目的

      通過密封膠囊或者開口膠囊解決變壓器、互感器、電抗器、油罐的“呼吸”問題;取消儲油柜,真正實(shí)現(xiàn)全密封,使800kVA 以上變壓器的氣體保護(hù)裝置真正起到作用;保證油罐在運(yùn)輸?shù)恼麄€過程中不吸收水分和空氣,保證運(yùn)輸液體的技術(shù)性能。

      3 設(shè)計(jì)思想說明

      最早的變壓器油箱短邊采用圓弧結(jié)構(gòu),現(xiàn)在變壓器采用心式鐵芯,圓形線圈包圍鐵芯,采用長方體油箱提高效率。從變壓器俯視圖看,油箱四角有很大的空間,見圖1;從變壓器主視圖看,夾件到箱壁、箱蓋都有很大的空間,見圖2。本設(shè)計(jì)就是在兩側(cè)、四角或箱蓋下放置密封膠囊或者開口膠囊,實(shí)現(xiàn)變壓器儲油柜的“呼吸”[2]。

      圖1 長方體油箱的俯視圖

      圖2 長方體油箱的主視圖

      變壓器和油罐可采用密封膠囊,膠囊氣體不充滿,充入大約50%容積的氣體后密封,膠囊的形狀根據(jù)變壓器和油罐的空間位置設(shè)計(jì),從制造成本和效率來講,制成條形或環(huán)形即可,在變壓器、油罐四角或頂部用隔板設(shè)計(jì)一個或幾個膠囊室,防止膠囊隨著油漂浮移動、損壞等,如圖3、圖4。變壓器和油罐也可采用開口膠囊外形如圖5,為防止膠囊隨著油漂浮移動、損壞等,也可采用圖3 的膠囊室。膠囊密封、安裝以及通氣口通過閥門和吸濕器相連如圖6所示。采用兩種充氣方式,第一種是先對變壓器或油罐注滿油,然后對膠囊充氣排除一定容積(根據(jù)環(huán)境溫度確定)的油,通常相當(dāng)于膠囊容積的50%;第二種方式是膠囊安裝后先充滿氣,打開封閉膠囊出口的閥門,平托膠囊底部緩緩?fù)浦聊z囊中部左右(根據(jù)環(huán)境溫度確定)即可,然后封閉膠囊出口的閥門,注滿油,對變壓器或儲油罐密封后,打開封閉膠囊出口的閥門即可。

      圖3 長方體油箱設(shè)計(jì)膠囊室后的主視圖

      圖4 長方體油箱設(shè)計(jì)膠囊室后的俯視圖

      由于沖入氣體的不確定性,膠囊容積實(shí)際設(shè)計(jì)時按12%油體積設(shè)計(jì),確保在平均環(huán)境溫度25C°時,膠囊沖入50%的氣體時滿足變壓器運(yùn)行需要。

      4 設(shè)計(jì)效果

      取消了變壓器、互感器的儲油柜,使安裝、運(yùn)輸更加方便;與帶儲油柜變壓器、互感器相比,減少10%以上變壓器油;與目前全密封變壓器相比,箱蓋下無氣墊,引線、開關(guān)運(yùn)行更加安全可靠,同時可真正發(fā)揮氣體保護(hù)裝置作用,同時減少5%以上變壓器油;油罐長途運(yùn)輸內(nèi)部不會有水分和氣體進(jìn)入,保證了運(yùn)輸液體的性能。

      圖5 開口膠囊外形示意圖

      圖6 膠囊密封、安裝以及通氣口與閥門、吸濕器的連接示意圖

      5 應(yīng)用實(shí)例

      根據(jù)本設(shè)計(jì),在研發(fā)電氣化鐵路AT 供電方式的OD-12600/2×27.5kV 自耦變壓器中進(jìn)行了實(shí)施,選用開口膠囊、采用通氣管法蘭密封后和吸濕器相連。

      由于這個變壓器的額定容量達(dá)到12600kVA,結(jié)構(gòu)容量為6300kVA,從結(jié)構(gòu)容量的角度來講,該樣機(jī)和我們目前制造的不帶儲油柜最大容量變壓器相同。

      變壓器本體上通常有四種保護(hù),一是壓力保護(hù),一般采用壓力釋放閥,當(dāng)壓力達(dá)到設(shè)定值時,壓力釋放閥開啟泄壓,壓力下降后關(guān)閉,同時帶有電接點(diǎn),動作時報警或跳閘;二是溫度保護(hù),通常采用溫度控制器,設(shè)有報警和跳閘電接點(diǎn);三是油位保護(hù),一般采用油位計(jì),配在儲油柜上,有最高和最低油位報警;四是瓦斯保護(hù),通常采用氣體繼電器。與儲油柜配套使用的有三種保護(hù)方式,分別為輕瓦斯保護(hù)、重瓦斯保護(hù)和油流速度過快(通常電力部門設(shè)定的速度為0.8 米/秒)保護(hù),用在不帶儲油柜上的只有輕、重瓦斯兩種保護(hù)。

      由于本樣機(jī)不帶儲油柜,所以只能采用僅有輕、重瓦斯兩種保護(hù)的氣體繼電器,這樣就缺少油流保護(hù)的功能,為了彌補(bǔ)缺陷,設(shè)計(jì)了三套方案:一是在通氣管上增加流量或者壓力類儀表進(jìn)行監(jiān)測,可以達(dá)到類似油流保護(hù)的功能,但價格太高,不利于商業(yè)化生產(chǎn)[3]。二是變壓器上安裝油流速動繼電器,靠檢測壓差進(jìn)行保護(hù),但如果壓力緩慢上升,沒有達(dá)到壓力釋放閥的動作值,但變壓器本身壓力已很大,等到壓力釋放閥動作,故障可能會擴(kuò)大。從成本和保護(hù)兩個角度考慮,最終采用了第三套方案即采用價格低廉的雙電接點(diǎn)壓力表,通常像樣機(jī)這種大容量變壓器上的壓力釋放閥的保護(hù)壓力為55kPa,我們把壓力表放在油箱中部,除去油箱頂部到壓力表之間的油壓,兩個電接點(diǎn)設(shè)兩個報警,報警壓力分別設(shè)定為35kPa 和45kPa,這樣和壓力釋放閥的55kPa 形成壓力梯度保護(hù),滿足設(shè)計(jì)使用要求。

      [1]張憲,張廣科.變壓器用新型呼吸器[J].大眾用電,2003,18(11):20.

      [2]董玶.膠囊儲油罐[J].變壓器,2008,44(01):15-16.

      [3]齊大勇,沈倩,劉明,等.變壓器儲油柜及常見問題淺析[J].山東電力技術(shù),2008,34(06):22-23.

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