应用于20kV电网的变压器改造可行性探讨

唐 昕，周锡忠

（嘉兴电力局，浙江 嘉兴 314033）

随着地区电网用电负荷的剧增和可用土地面积的约束，10kV配电网供电半径偏小、供配电能力不足、供电可靠性较差等问题逐渐显现。20kV配电网在负荷密度大、线路长的情况下，在增大输送容量、降低网损等方面效益十分显著。根据目前嘉兴电网结构和负荷情况，在现有10kV电网的基础上进行20kV改造尤为必要。

由于通用变压器无20kV电压等级，配网引入20kV电压等级后，就涉及变压器改造问题，从技术角度分析是完全可行的。由于各变压器厂生产的变压器在结构、选材、工艺等方面不尽相同，要针对每台的具体情况制订不同的改造方案。下面就20kV电网中对变压器进行改造的可行性作一探讨。

1 20kV系统中性点接地方式的选择

变压器改造是利用一定存量或原有的变压器，对低压绕组进行20kV升压改造。首先需确定20kV系统中性点的接地方式，它关系到改造后变压器接线组别的选择。

电力系统中性点接地方式，直接影响到系统的绝缘水平、运行的安全可靠性和电力设备的造价。因此，20kV系统中性点采取何种接地方式，是一个综合性的经济技术问题，要全面分析。

中性点经小电阻接地电网与中性点不接地电网相比，在消除间歇电弧过电压、自动检出故障线路、预防谐振过电压等方面有其优势；与经消弧线圈接地电网相比，在故障线路快速切除、自动重合闸方面有其优势。为确保20kV设备的安全可靠运行，建议20kV系统中性点采用小电阻接地方式。其优点有：

（1）降低了20kV系统的过电压水平，特别是避免了小电流接地系统中弧光接地过电压对设备的危害，有利于设备绝缘配合。

（2）小电阻接地方式不会引起系统中性点不平衡电压的放大，进而造成系统虚假接地现象。相应减少了铁磁谐振过电压发生的概率。

（3）降低新设备造价，减少了利用旧设备升压改造的投资。

缺点是20kV线路跳闸率会相应提高。对此，应相应提高重合闸动作的可靠性。

2 220kV与110kV主变改造

2.1 220kV主变改造

嘉兴电力局目前运行的220kV主变有2种类型，即：三绕组变压器和自耦式变压器。三绕组变压器的接线组别为YN ynO d11；自耦式变压器的接线组别为YN a0.ynO+d。可返厂进行如下改造：

（1）取消35kV绕组，将相应的35kV绕组改造为20kV绕组。为了满足接线组别的要求，相应增加1个10kV平衡绕组，同时进行上节油箱改造。

（2）将三绕组变压器的接线组别改造为YN ynO yn+d11，即220，110和 20kV绕组为星形接线，另增加1个10kV平衡绕组成三角形接线。

自耦式变压器的接线组别改造为YN a0.ynO+d11，即220，110和 20kV绕组为星形接线，另增加1个10kV平衡绕组成三角形接线。

（3）改造后变压器各侧绕组的额定容量比建议采用： 100%/100%/（40%～60%）/（25%～30%）。

2.2 110kV主变改造

嘉兴电力局目前运行的110kV主变有2种类型，即：三绕组变压器和二绕组变压器。三绕组变压器的接线组别为YN ynO d11，电压比为：110/35/10kV；二绕组变压器的接线组别为YN d11，电压比为：110/10kV。

（1）二绕组变压器中取消10kV绕组，增加20kV绕组。三绕组变压器中取消35kV绕组及10kV绕组，增加20kV绕组。

（2）改造后的变压器接线组别均为YN ynO+d11，即110kV和20kV绕组为星形接线，另增加1个10kV平衡绕组成三角形接线。

（3）改造后变压器各侧绕组的额定容量比建议采用：100%/100%/100%。

2.3 改造方案的优、缺点分析

上述变压器改造方案的优点有∶一是取消了接地变，能有效防止接地变故障跳闸后，因失去小电阻而改变了系统的接地方式，危及安全运行故障的发生。二是引入了10kV绕组可以起到2个作用：20kV升压改造过程中，可以对未经改造的10kV线路继续供电（或对短期存在的10kV和20kV混供区供电）；全部20kV升压改造工作结束后，可作平衡绕组使用。

缺点：由于低压绕组改造，必须拔出高、低压线圈（低压线圈换成20kV线圈）。高压线圈存在绝缘损坏，线圈间焊接点增加而局部温升高的风险；矽钢片拆装过程中可能会存在矽钢片局部受损的情况，造成局放量增大；由于变压器器身几何尺寸整体基本不作变动，因此，其阻抗电压变化不大。与同类型新变压器（20kV）比较，空载损耗要增大。

上述问题可以通过择优委托变压器厂家；严格制定变压器改造的技术标准；加强驻厂监造和出厂验收等手段来进行掌控。

3 10kV配变改造

3.1 油浸式普通配变改造

由于10kV油浸式普通配变受铁芯窗口、绝缘距离和油箱尺寸等因素限制，同时考虑到主绝缘温升、阻抗电压、损耗之间的制约关系。在这些参数的性能指标满足国标要求下，实现10kV配变升压到20kV的可行办法是：降低原有配变容量。即：油浸式普通配变升压减容改造。据初步分析减容幅度约为原配变的30%左右。改造内容∶

（1）高、低线圈更换，即升压减容。由于10kV配变高、低压线圈是采用一体式绕制的工艺，无法单独更换高压线圈；并且，低压线圈同时更换，可节省铁芯窗口的空间。

（2）适当增加铁芯截面。即增加部分矽钢片，达到减少损耗、降低空载电流的目的，以保证变压器不出现过励磁。

（3）油箱大盖更换。满足20kV套管相间距离。

3.2 方案的优、缺点

升压减容改造原有10kV配变，充分利用了原有设备资源。但是其改造费用较大；设备容量降低；空载损耗增大；噪声水平提高。对此，可以通过以下手段进行控制∶

（1）采购少量大容量20kV配变，进行大、小容量20kV配变逐级替换解决，或利用35kV主变降压改造为20kV大容量配电变压器。

表1 变压器改造及新购变压器的费用对比

（2）严格变压器改造的技术标准。

（3）加强设备出厂验收。

干式变压器可以升压改造，方案基本同油浸式普通配变。

3.3 卷铁芯配变

卷铁芯配电变压器由于结构因素，高、低压线圈无法抽出铁芯，一般情况下无法进行升压减容改造。如果改造厂具备对卷铁芯配电变压器高、低压线圈拆除条件，其改造方案与油浸式普通配变相同。

4 综合经济分析

不同电压等级的变压器，改造费用所占变压器原价比例如下。

（1）220kV变压器返厂改造费用（三圈变和自耦变同视）为现有变压器价格×（20%～25%）。

（2）110kV变压器返厂改造费用为现有变压器价格×（25%～28%）。

（3）10kV配电变压器（油浸式）返厂改造费用为现有配电变压器价格×（50%～65%）。

各电压等级变压器改造和新购费用比较见表1。因变压器制造厂在选材、设计及工艺方面的差异，新变压器价格仅供参考。

5 结语

根据嘉兴电网的现状和远景规划，对变压器20kV改造的可行性进行了探讨，重点分析了变压器改造中的问题和解决方案；同时对改造变压器及新购变压器进行了综合经济比较。变压器20kV改造需根据实际情况做针对性分析，以确保改造方案的科学、经济、可行。

[1] 李岳，王晓弘，李树平，等.中压配电网采用20kV电压等级的探讨[J].黑龙江电力，2008，（6）∶409-414.