大庆油田35k V电力变压器的降耗改造

2012-11-15王利国梁安国应俊阮万江大庆油田电力集团实业公司

石油石化节能 2012年4期

王利国梁安国应俊阮万江（大庆油田电力集团实业公司）

大庆油田35k V电力变压器的降耗改造

王利国梁安国应俊阮万江（大庆油田电力集团实业公司）

针对目前油田在用的294台高耗能变压器数量多、型号杂的情况，分析了35 k V油浸电力变压器的绝缘结构和技术性能指标，依据高耗能变压器性能数据，提出了节能技术改造方案，即通过增加变压器绕组匝数和绕组线径达到降耗的目的。变压器降耗改造的结果分析表明，主变性能指标大幅度提高，每年可节约上千万的电费；改造后的变压器运行可靠性提高，提升了油田电网的供电质量。

35 k V级变压器高耗能节能改造经济效益分析改进方案

目前，大庆油田电网中运行的35 k V变压器损耗大、能源浪费严重、铝线圈绕组抗冲击性能差，属于国家电网节能减排内容之一。对高耗能变压器进行改造，使之成为S9型或更优的S10型、S11型节能变压器，达到最佳的节能改造效果[1,2]。

1 降耗改造的理论依据

G B/T6451—2008《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》中的性能参数为S9系列。其主要特点如下：

1）在高压绕组端部加装角环，线圈高度增加25mm左右。

2）高、低压线圈之间的绝缘，由原来的厚纸筒大油隙设计理论，改为薄纸筒小油隙、小体积分割设计理论。高、低压线圈之间的绝缘距离减小了9mm左右。

3）将线圈的横向油道改为纵向油道，减小了油流流动阻力，提高了散热效率。

以上3个特点提高了铁芯窗口的填充系数，大大降低了原材料消耗和变压器自身损耗，也节约了变压器的制造成本和运行成本。可见S9系列充分体现了节能型产品既“节能”又“节材”的双重内涵，是变压器发展历程中的又一次大变革。

改进前后的35k V变压器主绝缘结构见图1、图2。

35k V电力变压器降耗改造,主要对线圈部分重新设计制作，保留变压器原有铁芯、油箱等部分，并对部分钢结构件进行改进以加强机械强度和稳固性，使高能耗变压器的主要性能指标（空载损耗、负载损耗和阻抗电压）达到低能耗变压器的指标要求[3]。

据文献公式[4]得出：当铁芯利旧，材质不变、结构尺寸不变的情况下，降低空载损耗，即降低铁芯柱工作磁密，必须增加变压器线圈额定匝数，空载损耗降低幅度越大，匝数增加越多。

另外，变压器负载损耗与线圈额定匝数成正比，与铜导线面积成反比；匝数越多，铜导线面积越小，负载损耗越高。因此，虽然匝数增多会降低空载损耗，但同时也将提高负载损耗，必须依靠增大线圈导线截面积来控制负载损耗的提高。线圈导线截面积增加形成的线圈半径增大必然会增加漏磁。

由阻抗电压电抗分量公式[4]得出：阻抗电压电抗分量与线圈匝数的平方成正比，与漏磁成正比，与线圈电抗高度成反比。线圈匝数增加越多，漏磁（主绝缘距离漏磁空道等幅向尺寸）越大，电抗高度增加越少，阻抗电压电抗分量增长越快。

综合上述理论分析可知，变压器的主要性能指标，即空载损耗、负载损耗和阻抗电压与线圈匝数、线圈高度、主绝缘距离等变量相关，然而这些变量的作用结果往往是相互矛盾的，比如匝数增加会降低空载损耗，但同时也将增大负载损耗和阻抗电压。因此，降耗设计中增加匝数的同时，必须合理地增加轴向线圈高度、缩小幅向线圈半径，提高现有铁芯窗口空间的利用率，使诸多变量处在某一平衡点，才能保证空载损耗、负载损耗和阻抗电压同时达到S9、S10、S11系列技术指标的要求。

电磁设计的过程就是对应S9、S10、S11系列技术指标要求，寻找各变量最佳作用平衡点的过程。S9型35 k V电力变压器主绝缘结构和纵向油路连续式线圈技术提高了电抗高度，缩小了绝缘距离，增加了铁芯窗口的利用率，为高耗变压器改成低耗变压器提供了合理增加线圈匝数所必需的绕制空间。在满足空载损耗的同时，负载损耗和阻抗电压也同时达到S9、S10、S11系列标准要求。

由于S10、S11系列还没有成型的国家标准值，现以行业标准JB/T 3837《变压器类产品型号编制方法》及2009年发布的《变压器类产品型号注册管理办法》（试行）为基本技术依据，执行该标准中的性能水平要求（表1）。

表1 三相油浸式电力变压器性能水平代号的确定

2 降耗改造

优先考虑既升容又节能的改造形式，受变压器原有条件限制，不能升容的，努力改成S11型或S10型，条件最差的也要改成S9型，使电网运行的变压器节能水平总体上有较大幅度的提升。

将变压器从变电所运回主变，检前试验，然后放油、解体，包括对变压器器身解体：断开引线；拆除上夹件；拆除上轭铁；拆除上压板及端绝缘；拆除高压线圈；拆除低压线圈。

下面是操作要点：

1）铁芯结构不变，铁芯端面涂固化绝缘7110，起到固化和降噪的作用。

2）高、低压绕组均为新型连续式。内绕组绕制在硬纸筒上，铁芯与低压绕组之间采用新的撑紧方式，形成实体硬固定结构，提高内绕组稳定性，防止失稳变形；高压绕组上、下端部线饼使用成型角环，同时内、外绕组采用新的薄绝缘、小油隙结构，提高铁芯窗口的填充系数，降低材料消耗。

3）高、低压绕组中设置有轴向油道，有利于散热，可降低铜油温差。

3 改造效果分析

根据年耗电成本公式及相关的性能指标分别对改造前后产品的年运行成本进行了计算：

◇升容量改造后S9型耗电费用平均降低6.9%（3.95元/k VA）；

◇同容量改造后S11型耗电费用平均降低12.3% （7.1元/k VA）；

◇同容量改造后S10型耗电费用平均降低9.9%（5.2元/k VA）；

◇同容量改造后S9型耗电费用平均降低7.4%（4.2元/k VA）。

同容量的1台8000k VA主变进行分析，1台S9型升容降耗改造变压器可以降低年运行成本31600元；同容量改造后S11型降低年运行成本56800元；同容量改造后S10型降低年运行成本41600元；同容量改造后S9型降低年运行成本33600元。

经黑龙江省权威试验中心审定，改造后的变压器降耗达14.75%。

4 改造效果验证

改造后总体指标达到G B1090.1~2—1999、G B1094.3~5—2003《电力变压器》的要求，S9型性能指标达到国家标准G B/T6451—2008的规定，S10型、S11型达到行业标准JB/T 3837《变压器类产品型号编制方法》及2009年发布的《变压器类产品型号注册管理办法》（试行）的规定。

通过对变压器试验测试的方法来进行指标验证，试验项目按变压器出厂项目要求进行，包括空载、短路、工频耐压、感应耐压、绝缘、变比、油化验等。

由于变压器出厂试验项目对电源容量、质量和试验设备有很多特殊要求，如短路试验必须由大容量电源支持，感应耐压[5]试验必须有大容量100~200H z中频发电机组支持，因此，出厂试验不能采取现场测试的方法，必须在专业制造厂进行。