普定發(fā)電公司10 kV配電變壓器改造

王文

(貴州黔源電力股份有限公司普定發(fā)電公司，貴州 安順 562100)

普定發(fā)電公司10 kV配電變壓器改造

王文

(貴州黔源電力股份有限公司普定發(fā)電公司，貴州 安順 562100)

介紹了非晶合金鐵芯變壓器的發(fā)展過程及其在國內(nèi)市場的生產(chǎn)現(xiàn)狀，分析了Yyn0和Dyn11接線的特點(diǎn)以及非晶合金鐵芯變壓器的優(yōu)點(diǎn)，對此次改造進(jìn)行了總結(jié)，同時(shí)也對我國非晶合金配電變壓器的研究、生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)行了展望。

非晶合金鐵芯變壓器；Yyn0接線；Dyn11接線

0 引言

普定發(fā)電公司位于烏江上游南源貴州省普定縣三岔河中游，距貴陽市125 km。水庫正常蓄水位為1 145 m，總庫容為4.21億m3，是不完全年調(diào)節(jié)水庫。普定發(fā)電公司原10 kV配電變壓器為SC-1500/10型干式配電變壓器，聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)為Yyn0，改造后的配電變壓器為SCBH15-630/10.5型樹脂澆筑非晶合金干式配電變壓器，聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)為Dyn11。該工程以發(fā)電為主，兼有供水、灌溉、養(yǎng)殖及旅游等綜合效益。

1 非晶合金鐵芯變壓器的發(fā)展過程及其現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代初，美國就清楚地認(rèn)識(shí)到非晶合金鐵芯變壓器空載損耗低的巨大潛能[1-2]，開始研發(fā)、設(shè)計(jì)、制造非晶合金鐵芯變壓器，美國電力委員會(huì)還組織了相關(guān)電力公司聯(lián)合對非晶合金鐵芯變壓器進(jìn)行實(shí)際運(yùn)行可靠性驗(yàn)證及商業(yè)化運(yùn)作，20世紀(jì)90年代初取得成功。時(shí)至今日，非晶合金鐵芯變壓器已經(jīng)規(guī)?；a(chǎn)20年左右，在全世界范圍內(nèi)被許多發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家廣泛推崇[3-4]，日本在2005年就明確規(guī)定日本所有配電變壓器必須全部使用非晶合金鐵芯變壓器，在供配電領(lǐng)域徹底淘汰高耗能的硅鋼配電變壓器[5]。

我國從1998年才開始批量生產(chǎn)非晶合金鐵芯變壓器，至今大約只有不到10萬臺(tái)非晶合金鐵芯變壓器在掛網(wǎng)運(yùn)行[6]，容量從5 kV·A到1 600 kV·A不等，主要用在高層建筑、商業(yè)中心、地鐵、機(jī)場、車站和電廠等。近幾年，我國對節(jié)能環(huán)保越來越重視，上海、江蘇、浙江等地非晶合金鐵芯變壓器的使用量呈上升趨勢，但由于非晶合金鐵芯變壓器的造價(jià)比硅鋼變壓器高，所以使用量受到一定的限制。近幾年來，由于硅鋼和銅的價(jià)格不斷上漲，而非晶合金的價(jià)格基本不變且大規(guī)模生產(chǎn)后生產(chǎn)成本降低，使得兩者的價(jià)格差距越來越小，非晶合金變壓器的售價(jià)已逐漸被市場接受。我國現(xiàn)有幾十家變壓器生產(chǎn)廠家能生產(chǎn)非晶合金鐵芯變壓器，但能大規(guī)模批量生產(chǎn)的較少[7-8]。

2 Dyn11和Yyn0接線方式的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 Dyn11接線方式

采用Dyn11接線方式，單相短路和三相短路相差不多，由于零序電流和三次諧波電流可以在高壓繞阻三角形接線的閉合回路內(nèi)流通而不能在星形接線中流通，所以當(dāng)?shù)蛪簜?cè)三相負(fù)載不平衡運(yùn)行時(shí)，總零序電流和三次諧波電流在每個(gè)鐵芯柱上的總磁勢幾乎等于零[9]，所以低壓中性點(diǎn)電位不漂移，各相輸出電壓合格率高。當(dāng)高壓側(cè)一相熔斷器熔斷后，另外兩相的負(fù)載仍然可以正常運(yùn)行，在低壓主開關(guān)裝設(shè)欠壓保護(hù)裝置，能解決非全相運(yùn)行問題。

2.2 Yyn0接線方式

采用Yyn0接線方式，當(dāng)高壓熔斷器一相熔斷時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)一相電壓為零，另兩相電壓沒變化的情況，可使停電范圍減少至1/3。這種情況對低壓側(cè)為單相供電的照明負(fù)載不會(huì)產(chǎn)生影響，但低壓側(cè)是三相供電的動(dòng)力負(fù)載，需要配置缺相保護(hù)才不會(huì)使動(dòng)力負(fù)載因缺相運(yùn)行而燒毀。容量在1 600 kV·A及以下的芯式變壓器才允許采用Yyn0接線方式，因?yàn)槿沃C波磁通穿過鐵構(gòu)件時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流損耗[10]。

Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器的中性線電流不宜過大，因?yàn)閅yn0聯(lián)結(jié)變壓器高壓繞組比Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器高壓繞組的絕緣強(qiáng)度要求低，所以將Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器改為Dyn11接線方式比較困難。

10 kV配電變壓器改造前、后接線形式如圖1所示，改造前采用 Yyn0接線方式，改造后采用 Dyn11

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接線方式，可防止負(fù)荷側(cè)產(chǎn)生的諧波流入電網(wǎng)而影響電能質(zhì)量。

圖1 10 kV配電變壓器改造前、后接線形式

3 非晶合金鐵芯的特性

非晶合金鐵芯是采用超急冷凝固技術(shù)生產(chǎn)的一種導(dǎo)磁性能突出的新型節(jié)能環(huán)保金屬材料，材料的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化，金屬原子在從液態(tài)短時(shí)凝固成固態(tài)的過程中來不及排列成常規(guī)的晶體結(jié)構(gòu)就已經(jīng)變成固體了[11]，這種金屬原子無序排列的結(jié)構(gòu)被稱為金屬的非晶態(tài)，由此制造而成的金屬材料稱為非晶合金。如果說硅鋼的晶體結(jié)構(gòu)排列是軍隊(duì)式排列，那么非晶合金的晶體結(jié)構(gòu)就是車站行人式的排列，非晶合金鐵芯容易被磁化也容易去磁。一般的非晶合金含80%的鐵，其他成分主要是硼和硅等。非晶合金鐵芯片厚度只有20～30 μm，不到常用硅鋼片厚度的1/10，非晶合金鐵芯具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、低損耗、低矯頑力、低激磁電流、良好的溫度穩(wěn)定性等特點(diǎn)。鐵芯采用成型的非晶合金材料[12]，為兩框三柱式結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 兩框三柱式鐵芯

4 改造后的配電變壓器優(yōu)點(diǎn)

非晶合金加工工藝復(fù)雜，材質(zhì)脆硬不易剪切，因此非晶合金鐵芯均采用矩形截面。對10 kV型配電變壓器，容量在100 kV·A 及以下的一般采用四框五柱式，容量為500～1 600 kV·A的采用兩框三柱式。每個(gè)繞組套在磁路獨(dú)立、相鄰的兩個(gè)框上，每個(gè)框內(nèi)的磁通除基波外，還有三次諧波磁通，由于每個(gè)繞組兩個(gè)鐵芯框內(nèi)的三次諧波磁通等大反向，因此每個(gè)繞組內(nèi)的三次諧波磁通向量為零；同時(shí)，由于變壓器高壓側(cè)采用D聯(lián)結(jié)，零序電流和三次諧波電流在三角形內(nèi)構(gòu)成回路按同一個(gè)方向流動(dòng)，因此磁通波形和低壓繞組上感應(yīng)電動(dòng)勢波形都接近正弦波，低壓中性點(diǎn)電位不漂移，各相輸出電壓質(zhì)量高。非晶合金變壓器鐵芯采用矩形截面，低壓繞組線圈采用銅箔繞制成矩形結(jié)構(gòu)，由于沒有螺旋角，因而端部橫向漏磁較少，具有較強(qiáng)的抗短路能力，在環(huán)境溫度低于40 ℃的情況下能確保額定輸出，40 ℃自然環(huán)境下可超載10%并長期安全運(yùn)行。高壓繞組線圈采用銅導(dǎo)線繞制成層式結(jié)構(gòu)，縱向電容較大，雷電沖擊電壓分布比較均勻，并且雷電流可以在高壓繞組的三角形接線閉合回路內(nèi)流通，使得每個(gè)鐵芯柱上雷電流的總磁勢幾乎等于零，阻止了正、逆變換過電壓的產(chǎn)生，所以防雷電性能好?？紤]到非晶合金鐵芯變壓器繞組高次諧波等原因，三相兩框三柱式非晶合金鐵芯配電變壓器應(yīng)采用Dyn11接線方式，以改善配電變壓器高低壓繞組電壓波形，減少諧波對電網(wǎng)的影響，提高電壓合格率和供電可靠性[13-14]。

5 結(jié)論

(1)三相兩框三柱式非晶合金鐵芯配電變壓器應(yīng)采用Dyn11接線方式，具有輸出電壓質(zhì)量好、供電可靠性高、中性點(diǎn)不漂移等特點(diǎn)，有利于低壓側(cè)單相接地故障的切除(因?yàn)镈yn11聯(lián)結(jié)變壓器的零序阻抗比Yyn0聯(lián)結(jié)變壓器小得多)，且中性線允許的電流可達(dá)到相電流的75%(改造前中性線電流不允許超過相電流的25%)，但Dyn11聯(lián)結(jié)變壓器高壓繞組的絕緣強(qiáng)度應(yīng)按照線電壓設(shè)計(jì)。三相四框五柱式非晶合金鐵芯配電變壓器應(yīng)采用Dyn0接線方式。

(2)非晶合金變壓器低壓繞組為箔繞式，由于其局放低、損耗低、散熱性能好、防潮能力強(qiáng)、防雷性能好、抗突發(fā)短路能力強(qiáng)、過載能力大、結(jié)構(gòu)先進(jìn)合理、免維護(hù)且造型美觀，故運(yùn)行性能非常穩(wěn)定且空載損耗相對于改造前降低70%以上，負(fù)載損耗相對于改造前降低5%。

(3)非晶合金鐵芯變壓器損耗低、節(jié)能環(huán)保，符合我國近年來的節(jié)能、環(huán)保政策，所以此次改造取得的成功一定程度上促進(jìn)了我國非晶合金鐵芯變壓器的生產(chǎn)。

(4)隨著我國電網(wǎng)建設(shè)和城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造的深入，為滿足廣大電力用戶對節(jié)能型配電變壓器的需求，用非晶合金變壓器取代那些低效、高耗、性能落后、安全性差的配電變壓器已勢在必行。根據(jù)我國非晶合金鐵芯變壓器生產(chǎn)制造和使用的現(xiàn)狀，在各方共同努力下，非晶合金鐵芯變壓器的研究制造會(huì)更上一層樓，不遠(yuǎn)的將來，其在供配電領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用一定會(huì)大面積展開。

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(本文責(zé)編：劉芳)

2017-03-27；

2017-05-08

TM 412

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1674-1951(2017)07-0046-02

王文(1990—)，男，貴州安順人，助理工程師，從事電力生產(chǎn)技術(shù)工作(E-mail:1365495486@qq.com)。