35kV电压等级10000kVA变压器绕组改进方法

｛　ＳＵＢＳＴＡＴＩＯＮ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ　ｌ　／变电设备　／　３　５　ｋＶ电压等级　１　０　０　０　０　ｋＶＡ变压器绕组改进方法　刘立嵬　（天津市电力公司检修公司，天津市３００２３２）　摘要：介绍了对３５　ｋＶ电压等级１０　０００　ｋＶＡ变压器绕组结构的改进设计，并对改进后的绕组温升进行了计算　分析　、　关键词：变压器；绕组；油道；散热；改进　中图分类号：ＴＭ４０３　文献标识码：Ａ　文章编号：１００６—６３５７（２０１３）０１—００５６—０４　Ｉｎｉｔｉａｌ　Ｄｉｓｃｕｓｓｉｏｎ　ａｂｏｕｔ　Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　Ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　３５　ｋＶ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｃｌａｓｓ　１０　０００　ｋＶＡ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ’Ｓ　Ｗｉｎｄｉｎｇ　ＬｌＵ　Ｌｉｗｅｉ　（Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００２３２，Ｃｈｉｎａ）　ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　３５　ｋＶ　ｖｏｌｔａｇｅ　ｃｌａｓｓ　１　０　０００　ｋＶ　Ａ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ’ｓ　ｗｉｎｄｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｓｅｓ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｒｉｓｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｗｉｎｄｉｎｇ　ｉｓ　ａｎａｌｙｓｅｄ。　ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｗｉｎｄｉｎｇ；ｏｉｌ　ｄｕｃｔ；ｈｅａｔ　ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ；ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　组，本文所述的主要内容是对容量为１０　０００　ｋＶＡ，　０　引言　绕组是变乐器的主要组成部分，对变压器的安　全可靠运行起着至关重要的作用。变压器绕组对油　的温升则取决于绕组的有效散热面积，众所周知，饼　ＳＺ１０型变压器绕组结构的改进方法，将带纵向油道　结构的连续式绕组改为小的段问油道的绕组。　１　问题的产生　传统的中型变压器连续式绕组结构，其段问油　道分布如表１：　表１段间油道分布表　ｍｍ　式绕组的有效散热面是油与油接触的表面构成的，　即绕组辐向内表面和段间油道两侧表面构成的。绕　组的辐向内外表面是自然存在的，因而绕组油道的　分布基本上决定了变压器绕组散热的效果。３５　ｋＶ　电压等级变压器通常均采用连续式绕组即饼式绕　５６　以高压绕组为例，结构如图１所示。这种绕组的　段间油道显然是比较大，因而加大了变压器的器身　结构尺寸，致使耗材增加，随着原材料价格的大幅上　涨，变压器整体结构的成本也随之大幅度增加，在保　证变压器各项指标均符合标准要求的同时，对变压　器进行优化设计，使其节省制造成本是势在必行的。　匡｝匕＝：＝：＝＝＝三＝三＝三］厂　‘－斗　　［＝＝＝＝三三　中断点油道　匕＝＝＝＝＝＝］９或ｌＯｍｍ　Ｅ三三　兰三三三　４．５．５　　图１传统式高压线圈　近几年，有一些变压器厂家采用了带纵向油道　结构的连续式绕组。这种结构绕组的特点是，在绕　组辐向的１／２处设置４．５　ｍｍ厚的纸板块组成的油道，　同时将段间油道减小至１　ｍｍ成为无效油道。纵向油　道结构的绕组，由于首末端和中断点增加了不少横　向油道，同时增加了大量的纵向油道垫块条，纵向油　道贯穿绕组上下，理想状态下能够很好的实现散热，　这种绕组的结构形式如图２所示。　图２带纵向油道的高压线圈　但根据我们实际经验以及相关的理论计算分析　可知这种理想的散热效果不容易完全实现。首先，　连续式绕组这种辐向渐进圆的结构，使得油道辐向　切面成型不能成为贯通的整圆，如图３所示。　其次，中型变压器绕组多采用分数匝，每一段线　饼线起点部位都与上一线饼处在不同位置，造成油　道纵向不连贯，影响散热效果。横向油道很小，大多　数为１　ｍｍ，不能使被堵塞的某些线饼纵向油道找到　通路，这对变压器的散热效果也造成了一定的影响。　２０１　３年１月／第３０卷／第１期／　图３油道辐向切面示意图　再次，这些绕组绝缘件在制作上耗费大量工　时。制作这些件时不易做的很工整；同时在绕组绕　制过程中，耗费工时也比较多，因而影响生产效率。　２油路不连贯造成的危害　油道的不连贯，油隙变小势必增大油流阻力，影　响油的流动。这就使得变压器绕组所产生的热量得　不到更好的传递和散发，达不到预期的散热效果。　３对绕组结构的改进设计　３．１　设计上采取的改进措施　改进后绕组结构的特点：取消原结构上的纵向　油道，设置了相应的段间油道，但此种段间油道与传　统的段间油道又有所不同，即采用不小于有效油道　的尺寸，即正常油道≥３　ｍｍ，中断点为６～７　ｍｍ，在保　证性能参数指标的前提下，不增大绕组的总高度的　同时，调整线规，使绕组的辐向尺寸和电抗高度基本　不变。其结构形式如图４所示。　［二二＝三　３　Ｅ三三Ｉ匕＝＝＝＝＝＝＝］　　４．５　［＝＝＝　中断点油道　［＝＝＝；＝＝］　・　衄　喜［＝＝＝＝＝＝＝兰＝三三丁：三　：　．图４改进后的高压线圈结构图　／变电设备　／　｜　ＳＵＢＳＴＡＴＩＯＮ　ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ｜　这样，既保证绕组的纵向绝缘强度，又不增大铁　心窗口的高度和铁心柱中心距离；既不增大变压器　的结构尺寸，又使主材用量基本保持不变，而铜线用　量又稍有下降。使绕组油道绝缘件由原来的油道　条、横向油道纸板圈和油道垫块三种简化成只有油　道垫块一种。同时为增强绕组的辐向机械强度，我　们采用了双燕尾段间油道垫块，增加了外撑条，如图　５所示　图５高压线圈俯视图　３．２温升分析计算　下面以改进绕组后的三相１０　０００　ｋＶＡ变压器的　试验结果，进行温升分析计算，其他的各项计算在这　里就不详述了。改进后的变压器各项损耗计算结果　见表２。　表２变压器各项损耗计算结果　Ｗ　其中：Ｐ。为空载损耗，Ｗ；Ｐ　为高压绕组７５℃时　的负载损耗，Ｗ；Ｐ　为低压绕组７５℃时的负载损耗，　Ｗ；Ｐ　为负载损耗，ｗ。　（１）绕组对油的平均温升计算公式　为：　＝　＋　＋　（１）　式中：　为绕组对油的平均温升，Ｋ；　。为绕组对油的温升，Ｋ；　为绕组绝缘校正温升，　＝Ｋｇ，Ｋ为绝缘校正　系数；　死　为油道校正温升，　＝ｐｑ／１　５５０，Ｐ为附加　系数。　油浸自冷内线柱：　。：０．４１ｑ“　，　油浸自冷外线柱：　＝０．３５８ｑ　；　口＝１．０３２Ｐ。／Ｓ　（２）　５８　式中：ｑ为单位热负荷，ｗ／ｍ　，Ｐ　为绕组７５　ｃｌＣ时的负载　损耗，Ｓ为绕组的有效散热面积，ｍ　。　对于饼式绕组一般只计算　。，　。　高压绕组散热面积的计算：　Ｓ】’＝２９．６３ｍ　，Ｓ１”＝７　ｍ　式中：５，’、５．”分别为高压绕组的横向散热面积和纵　向散热面积。　由式（１）和式（２）计算得出高压绕组对油的平均　温升：　ｑ＝（１．０３２　ＰａＨｖ）／Ｓ＝６８６－３　ｗ／ｍ　，＝０．３５８ｘ６８６－３。　＝１８．０２　Ｋ　＝５．１５ｘ６８６．３／１　５５０＝２．２８　Ｋ　（…＝　－＋咒　＝２０．３１　Ｋ　低压绕组散热面积的计算：　Ｓ２’＝２２．５６　ＩＴＩ　，Ｓ２”＝５．９２　ｍ　式中：５：’、ｓ：”分别为低压绕组的横向散热面积和纵　向散热面积。　由式（１）和式（２）计算得出低压绕组对油的平均　温升：　ｑ＝（１．０３２　Ｐ　ｖ）／Ｓ＝７１２．８　ｗ／ｍ。　，ｒｘ．＝０．４１×７１２．８“　＝２１．１　１　Ｋ　＝４．５６￣７１２．８／１　５５０＝２．１０　Ｋ　（…＝　・＋　＝２３．２１　Ｋ　（２）顶层油的温升，计算公式为：　＝１．２Ｌ＋扎　（３）　式（３）中：　为油顶层油温，Ｋ；　为油平均温升，Ｋ；　自冷式油温升：　＝０．２６２ｑ　。　；死为油温升修正值，　Ｋ；　与　和ａ（发热中心和散热中心的高度之比）　有关。　由式（３）计算顶层油的温升。　油箱散热面积为：Ｓ＝Ｉ３７．４２　ｍ　ｑ　＝（１．０３２　Ｐｋ＋　）　＝４２５．７　ｗ／ｍ　＝０．２６２ｑＴ￣＇８＝３３　Ｋ　查表　１得：　＝６　Ｋ　＝１．２Ｔ￣＋Ｔａ＝４５．６　Ｋ＜５５　Ｋ，符合标准　。。。　（３）绕组对空气的温升，计算公式为：　ＴＨ　＝　（…＋　＝５３－３　１Ｋ＜６５Ｋ，符合标准　。。。　低压绕组对空气的温升：　＝　（…＋　＝５６．２１　Ｋ＜６５　Ｋ，符合标准　。　。　２０１３年１月／第３０卷／第１期／　３．３经济效益分析　通过改进设计，使绕组的绕制工艺得以很大的　简化，缩短了绕制绕组的工时，从而提高了工作效　艺；由于增加了绕组外撑条，使绕组结构更具可靠　性。降低了产品的制造成本，并消除了绕组内部出　现局部温升过高的现象。＠　率；材料成本有所降低，绕组绝缘件的种类由三种降　为一种，不但数量减少，其制作工艺也大为简化，效　参考文献　［１］沈阳变压器研究所．变压器设计手册一电磁线部分　［Ｍ】．１９８５．　率明显提高；此外高压绕组采用外撑条的绕制方法，　使绕组的可靠性更有保证，同时也使变压器的散热　效率更高。　［２］谢毓城．电力变压器手册【Ｍ］．北京：机械工业出版社，２００３．　［３］中华人民共和国机械工业部，ＧＢ１０９４．２—１９９６．电力变压　器第２部分温升．１９９６．　４　结语　收稿日期：２０１２—１１—１５　改进后的变压器绕组油道结构非常简单，绕组　绕制过程中造成油道阻塞的几率大为降低，因而能　确保绕组的冷却效果。同时，由于段间油道的加大，　从而使绕组纵绝缘有所提高。在工艺上，取消了原　纵向油道结构，采用了横向油道结构，简化了绕制工　作者简介：　刘立嵬（１９８１一），女，天津市电力公司检修公司，工程师，　从事配电变压器检修工作。　（责任编辑张清桓）　美成功开发低成本太阳能存储系统　据每日科学网报道。美国阿肯色大学民用工程　明显的界限加以隔离。水泥板采用了其同事米卡　学系教授潘内尔・瑟瓦姆和他的博士研究生马特・斯　塔赛尔成功开发出一种太阳能存储系统，可替代目　前聚焦型太阳能发电厂使用的储能系统。采用这种　新开发的储能系统将会大幅增加年发电量，同时大　幅降低发电成本。　太阳能发电是利用集热器将太阳辐射能转换为　赫・哈尔研制的一种特殊混合水泥制成，能够承受　６００　ｏＣ的高温。其储能流程是由太阳能电池板采集　热量，然后通过罐内的铜管将热量传导给水泥板，水　泥板吸收热量并将之存储起来，需要时将热量传递　给发电机。　对模型测试的结果显示，以水泥板作为传热工　热能，并通过热力循环过程进行发电。聚焦式太阳　能热发电系统的传热工质主要采用熔盐、导热油和　质，其传热效率可达９３．９％，虽然较传统方法略低，　但依然高于美能源部的要求。测试结果同样确认水　泥层在传递热量时不会对存储罐壁造成损害。此　外，新方法的成本为每千瓦小时０．７８美元，远远低于　美能源部规定的热能存储系统的目标成本——每　１５美元／ｋＷｈ。　石头填料等。上述材料作为传热工质在传递太阳电　池板所采集的热量时损失较少，但其成本昂贵，且易　对热能存储罐造成损伤。尤其是以石头填料作为传　热工质（目前其传热效率最高，成本最低）时，在热循　环过程中存储罐的不断收缩和膨胀会对罐壁产生应　瑟瓦姆说：“研究结果证实，在传热效率方面，采　用水泥板可以与现有的储能系统相媲美。但水泥比　力，情况严重时可能导致存储罐产生灾难性的破裂。　作为一种替代方案，瑟瓦姆设计并测试了一种　具有温跃层结构的储能系统。该系统在每个存储罐　内利用并列水泥板替代石头填料，不同温层之间由　其他传热工质成本低廉，水泥除了具有独特的传热　性能外，还不会损害储能罐壁。聚焦型太阳热能电　厂采用这项技术，可以增加产量并降低运营成本。”　ＤＩＳＴＲＩＢＵＴＩＯＮ＆ＵＴＩＬＩＺＡＴＩＯＮ　５９