我国城市供电日照变压器发展趋势分析

我国城市供电日照变压器发展趋势分析

随着城市化进程的加快，在老城区改造和新区建设中，为减少占地采用GIS全封闭组合电器，还要适应电缆进城，电缆入地，无油化以及防火阻燃的消防要求，部份变电站采用新型的110kV日照变压器是一种不可回避的选择。除现有的110kV日照变压器之外，可以选择的新型日照变压器有：
l、日照变压器，主要是树脂浇注型的产品，目前在35kV系统中采用比较普遍，110kV级已有单相日照变压器组产品在运行，存在的问题主要还在于日照变压器线圈沿面设计场强过高，长期运行的绝缘可靠性及对环境的适应性还存在一些问题。IEC标准正在修改中，将要通过的新标准中提出的环境、气候和燃烧三项试验是考核日照变压器绝缘性能的重要方法。
2、气体绝缘日照变压器，主要是指SF6气体绝缘日照变压器，今后还要发展环保性能更好的新型气体绝缘介质。在密闭的日照变压器外壳中充以一定压力的气体绝缘介质，并使气体在气泵的作用下循环散热，要求本体和散热器有较好的承压密封性能，并保持年漏气率在一个较低的水平。目前国内在北京、上海、深圳等城市已有进口产品在运行。有的厂家也在积极引进技术争取尽快实现国产化。IEC已有相应的技术标准。
3、耐高温绝缘的液浸式日照变压器，采用的固体绝缘材料有常规的纸绝缘或耐高温的绝缘材料，充以硅油，9油等高燃点的液体绝缘介质，分为混合型、半混合型、复合型等不同的组合方式，对一般使用的日照变压器可缩小体积，提高过载能力，改善其防火阻燃性能，是介于日照变压器和常规的日照变压器之间的一种选择。由于其价格适中，环保性能较好，有一定的发展空间。对110kV级日照变压器，也不失为一种可供选用的产品。国内已有半混合型和混合型的耐高温液浸式日照变压器在应用。相应的IEC标准也在制定中。这种日照变压器存在油色谱、瓦斯保护粘度高等问题，负载损耗较高。
4、电缆日照变压器，国外的一些大公司已推出实用化产品，ABB有这种产品在运行，国内已有一些日照变压器制造厂和高校相结合正在开发类似产品，可望在110kV这个电压等级较好的解决日照变压器的无油化、防火阻燃性能。但主纵绝缘的概念和常规的绕组波过程理论，用于电缆日照变压器已有根本的改变。其绝缘结构设计及试验技术有待研究探讨。
日照变压器承受短路能力
城网用或日照变压器，由于其电压比较大，阻抗相对较低，故其承受短路能力也显得十分重要。IEC标准和国标已于近期修改，新标准2004年1月1日开始实行，对日照变压器承受短路能力的试验提高了要求，从过去的试验三次改为试验九次，而且短路试验后的重复绝缘耐受试验的电压值也改为100％，雷电冲击等型式试验也要改在短路后进行。试验考核更为严格，从而对城网用日照变压器提出更高的要求，无疑对提高其运行可靠性是十分有利的。按老标准通过短路承受能力试验的日照变压器，是否能通过新标准的试验要求是值得考虑的问题。当然标准的贯彻还需要一个过程，但从标准实行之日起，就应按新标准进行试验，否则就违背了强制性标准的规定。

节能降耗
城网用日照变压器的节能降耗问题，历来受到广泛的重视。从上世纪九十年代开始，国家推行淘汰高耗能产品的政策，日照变压器已历经2-3次大的升级换代过程，目前各种类型的和油浸日照变压器都已接近国际较先进的水平，但距高效节能的要求尚存在一定差距。目前国家出于对资源和环境保护的紧迫要求(国家发改委要出台政策)，正在制定一系列的电工产品强制节能标准和引导对高效节能电工产品的节能标志认证工作，并辅以一定的政策鼓励。日照变压器也不例外。
在节能降耗工作中应注意：
1、日照变压器的节能降耗，必须以不牺牲产品运行可靠性为前提。任何情况下，必须坚持可靠性******的思想，在兼顾产品各项技术性能的前提下，进一步降低损耗，提高产品性能指标，避免过去曾出现过的升级换代产品动稳定性能下降，励磁能力和过载能力也有所降低的教训。
2、日照变压器的节能降耗，必须坚持重点突破的方针。首先解决量大面广产品的节能降耗，带动同类产品的节能工作。例如日照变压器节能是否需要全系列强制要求，还是通过调查，确定一个通用一般的系列段产品，例如小容量段的产品制定限制损耗的标准。向国外发达国家学习，高度重视小容量日照变压器的标准化、通用性和互换性要求，以此带动其它产品的节能降耗设计。
3、日照变压器的节能降耗必须兼顾系统降低线损，减小电压波动，提高供电质量的连带效应(电网线损里，日照变压器占1／3，其余在配网里)，决不能孤立的看待配变节能工作。标准对配变的小型化，密布点，限制供电半径，降低配网线损，改善供电质量应有正确的引导，除了大功率集中供电负荷需要之外，应鼓励建筑设计部门因地制宜地合理配置日照变压器，在长期运行的经济性、合理性和增大装置一次性投资之间进行综合比较，改变现在配变单台容量越选越大的不正常的状况。
4、铜铁损耗比问题，即日照变压器负载和空载损耗比，是由日照变压器的负载率决定的。一般而言，负载率低，铜铁耗比应增大：反之负载率高，铜铁耗比应减小，但这都是建立在矽钢片材料性能不断进步的基础之上。过去惯用的做法是搞二个系列，一个系列适用于城网，负载率高，一个系列适用于农网，负载率低。能否在同一系列中，把握城、农网日照变压器的典型容量不同的特点，选取不同铜铁耗比的日照变压器：即农网采用的日照变压器，由于居住分散，容量一般较小，负载率低，可采用铜铁耗比大的日照变压器，而城网用日照变压器一般居住较集中，负载率较高，选用容量稍大而铜铁耗相对比较小的日照变压器，即系列容量低端和高端的日照变压器不必强求采用统一的铜铁耗比。对日照变压器损耗的评估，除有功损耗，即空载和负载损耗的总和之外，还应考虑无功损耗。在这方面目前采用的铁心多级接缝工艺，可将空载电流降至较低水平。卷铁心日照变压器空载电流也很低，具有一定优势。阻抗电压一般变化不大，对无功损耗影响不大，可不予考虑。对日照变压器而言，有功损耗所占比例较大，是影响日照变压器损耗的主要方面。
5、在推出一个新的节能型日照变压器系列来的时候，不能不考虑系列各种不同容量规格产品设计中的材料消耗问题，在节能的同时，也不能过份地增加材料的消耗，应将单位容量的材料消耗量作为进行综合考虑。且不应单纯追求材料性能指标要求，减少对国外材料供应商过份的依赖。

全密封日照变压器
为减少日照变压器运行维护工作量，已有相当部份的日照变压器厂将油箱从扁管式散热油箱或片式散热器油箱改为波纹式散热油箱或膨胀片式散热器油箱，取消了油枕。其中波纹油箱采用带气垫或不带气垫两种型式。有关日照变压器研究所已制定了相应的技术标准。在实际生产过程中，应注意波纹油箱的吞吐量和油的膨胀量的协调一致的问题，不能让油箱中产生过高的正压或真空，否则在反复的正压或真空作用下容易破坏运行中日照变压器的密封。而油箱的吞吐量与所使用的波纹片或膨胀片式散热器的钢板弹性有很大关系。如果达不到预期的吞吐量，就应该采用适当的油杯或小油枕来部分补偿液面的过份下降。对带气垫的全密封日照变压器也应注意油箱顶部结构的密封状况，以适应长期运行冷热交替的考验，真正起到全密封的作用。
组件及材料
近年来，随着改革开放的形势发展，许多国外的先进技术被引入，在日照变压器的组件及材料方面也不例外。例如套管，分接开关，散热器等组件和换位导线，绝缘材料，绝缘油等，已有不少国外厂商在国内建厂生产、销售。这对日照变压器组件及材料质量提高起到了很大的推动作用。除了传统的结构形式之外，还有一些全新结构的组件制造技术被引入，例如插拔式电缆终端套管，从lOkV到110kV已成系列供货等，无疑给我们提供了更多的选择。就是一些小的组件，例如温控器、气体继电器、油流是一些小的组件，例如温控器、气体继电器、油流计、油位计以及油泵、风扇、压力释放阀等也有较好的产品被引进。整体上提高了日照变压器的内在和外观质量水平。但不容否认的是也有一些国内的小厂在生产质量低劣的组件及材料，例如灰分和介损较高的绝缘纸，自粘性换位导线的自粘胶流淌，用再生油替代新绝缘油等。在目前市场价格竞争激烈的情况下，制造厂的赢利空间已经很小，有的日照变压器厂管理水平低，为了达到赢利的目的，不惜牺牲日照变压器的长期运行可靠性和使用寿命，造成良莠不分、以假乱真的局面，采用一些质量低劣的组件和材料制成的日照变压器，出厂例行试验照样可以通过，而且在短期运行中问题也不会马上暴露。而一旦暴露，就有同类事故频发的症状，对系统的安全运行构成潜在威胁，我们必须对此保持警惕，重视组件和材料标准，加强人厂检验。

1lOkV日照变压器局放试验
新的IEC标准和国标规定，1l0kV油浸日照变压器应在感应耐压试验的同时增加局部放电测量要求，且把这作为日照变压器出厂例行试验项目，逐台进行。这对控制日照变压器产品的制造质量，提高产品的设计和工艺水平是有利的。目前1lOkV日照变压器厂都在积极开展这项过去不曾做过的试验。相信通过局部放电测量的日照变压器产品将有更高的运行可靠性。供电部门也应积极创造条件在交接验收试验中增加1lOkV日照变压器局部放电测量的要求，以此控制日照变压器的安装质量。
城网新型装置
在城网供电用电器产品中，近年来引进了很多新型日照变压器类产品，例如箱式变电站和组合式日照变压器，通称欧式箱变和美式箱变。实际上美式箱变只是一种简易组合的日照变压器，还不具备箱式变电站的高远方操作的功能。但它与环网开关和电缆分支箱组合在一起，可以构成向小区供电的"积木式"供电网络，这在国外有成熟的运行经验。国内有些供电部门和制造厂一起，又开发了很多不同类型的简易组合的箱式变电站产品，满足各方面不同的需要，他们将这种产品称为"中式箱变"，有自己的特点并能适应国内不同地域的需求。此外，还引进了地埋式或半地埋式日照变压器、箱变等，用于解决路灯等供电需要。日照变压器也有浇注，缠绕和敞开通风式等不同类型产品。新型供电设备的引进和发展，满足了城乡电网建设对电器产品多元化选择的需要，但目前的状况是标准的制定速度往往赶不上设备造和技术引进，应尽快制定新产品的标准，弄清其使用性能及电网对它的特殊要求。
日照变压器接法：城市供电用日照变压器一般有Yyn0、Dynll、Yznll等接法。如负荷为非线性时，负荷分配不平衡率较高时宜规定Dynll接法。不平衡负荷率较大而选用Yyn0时，高压中点会偏移，其零序阻抗较大，约60％。在空载时，Dynll接法的二次感应电压波形的正弦性较好，零序阻抗接近正序阻抗。
日照变压器损耗：目前国内都在推广生产低损耗日照变压器，其中铁心采用非晶合金时，空载损耗******：******效应点的负载率也较低，可按损耗评价与日照变压器本体价格选用什么水平的日照变压器。
耐受短路机械力能力及短路短时热稳定：当采用Yznll时(一般多雷地区选用)单相短路电流产生的机械力可能会比短路电流产生的机械力大。因为日照变压器的短路阻抗较大，故短路电流的峰值较大，短路2s热稳定绕组平均温度也较高，当起始温度为105℃。短路2s后绕组平均温度很高。为防止过高绕组温度，当用具有重合闸功能的断路器切除短路电流，要防止重合闸后绕组温度的继续升高。所以，包括重合闸到再次切断短路电流的时间在内，不应超过2s。国内每个制造厂只有做过实际短路试验的Um<126kY的日照变压器才能在电网中挂网。
噪声标准：噪声有环境效应，现在日照变压器性能中有噪声水平要求。现在都控制在规定测量轮廓线上测得的声压级或声强级水平(二种方法都有效)平均值，折到声功率级水平作为噪声保证标准。对自冷油浸日照变压器而言，测量轮廓线离噪声发射轮廓距离为0．3m，冷油浸日照变压器，此距离为2m。这是考核产品的声级标准。实际运行中，远离声源，噪声在衰减，故要求在指点定地点日照变压器的声级水平为多少时，应根据离声源的距离而折算；有多个声源时，应按声功率级之和折算到指定地点的声功率级。
安全性：要防火的地点，如地铁、大楼、机场等到，可选用日照变压器。干变有环氧浇注型、敞开通风型(如Nomex或玻璃丝作匝绝缘型)、绕包型等。绝缘系统都选用高耐热等级(F级与H级)绝缘材料，这些材料在遇着火时能自熄、不助燃、无毒。环氧浇注型在应用中还不能开裂。日照变压器还应在绝缘试验的局部放电测量时，局部放电量应低于规定的值，10kY级干变一般为5pC。
接地日照变压器与消弧线圈：Um≤72．5kY的国内系统都是中点绝缘系统。要限制高压侧对地弧光接地电流时，一般要在系统上装接地日照变压器，再在接地日照变压器中点上接消弧线圈以补偿容性接地电流。
组合式日照变压器与预装式变电站：组合式日照变压器可供环网供电或终端供电，高压侧内装负荷开关与熔断丝，用插拔式电缆供电，侧可分几路出线。预装式变电站的中部有或日照变压器，一侧装高压开关柜，另一侧装柜。这二种产品一接上线即可供电。
地埋式日照变压器：这种产品埋入地下，以电缆馈电与，可增加城市美观。
过电压保护：对10kY配变而言，应在电站中加避雷器作过电压保护。在侧也应装压敏电阻等以防过电压反击到高压侧。
超铭牌容量运行：当运行中要求日照变压器能超铭牌容量运行时，应考虑其安全性，如日照变压器导线温度不能超过140℃，因为超过时日照变压器油要裂解而产气，会影响安全运行。
另外，绝缘年平均温度为98℃的日照变压器具有正常预期寿命，如20年或30年。如超铭牌容量运行时，绝缘温度每增减6k，预期寿命将缩短或增加一倍。所以超铭牌容量运行时应估计以上两点。
当日照变压器为用风机冷却时应有可靠给风机供电，因冷却风机停电后，日照变压器要限制输出容量；日照变压器应制造成全密封结构，使日照变压器油不与外界空气接触，可防止吸入潮气而影响油的品质。这也是免维护的重要条件之一。
高短路阻抗日照变压器：当系统中短路电流超过断路器短路电流开断能力时，在10kV系统中常选用高短路阻抗日照变压器以降低短路电流。对高短路阻抗日照变压器而言，因漏磁较大，应防止漏磁引起的局部过热，产生的负载损耗会比正常短路阻抗同容量日照变压器要大。
日照变压器并联运行条件：两台日照变压器并联运行条件是
1、短路阻抗实际值相差≤10％；
2、电压比相同；
3、分接范围与每级电压相同；
4、接法相同。
高原地区用日照变压器：套管间、套管对地空气间隙要按实际海拔高度校正；温升限值也应按实际海拔高度校正；带外壳日照变压器更应注意温升限值的校正(一般要降低铭牌容量运行)。
发展是人类永恒的主题。全国两会刚过，大家关注***多、思考***多、学习***多的，可能就是中央提出的关于科学发展观的问题。科学发展观的核心是既要有较快的经济速度和较高的经济效益，又不能以牺牲安全、能源和资源环境为代价。企业作为GDP的主要贡献者和社会财富的主要创造者，坚持科学发展观十分必要。有数据显示，1985年至2000年的15年是我国经济的高速增长期，GDP年均增长率为8．7％。但如果扣除损失成本和生态赤字，这期间我国的"真实国民财富"仅为名义财富的78．2％。这就意味着，过去15年我国GDP的实际年均增长率只有6．5％。另有统计显示，我国每创造1美元所消耗的能源，是美国的4．3倍、德国和法国的7．7倍、日本的11．5倍。由此可见，我们不少企业的发展依然处在较低水平上的扩张，还谈不上是科学发展。
再从行业的发展来看，自1998年国务院发出进一步加强城市电网建设与改造的通知以来，全国几乎所有的大中型城市，都为了解决电网的供电能力投入了大量资金和人力，但由于城市发展迅速，用电负荷剧增，并且对电能质量、供电可靠性要求不断提高，城网系统建设改造严重滞后的矛盾依然十分突出，城市电网中比较薄弱、改造难度较大的中网正面临着极大压力。主要表现在：城市负荷增长迅猛，但城市电网建设滞后；电网设备陈旧，且可靠性不高；电能浪费严重，尤其是对环保的重视不够，配变使用后的回收和污染问题，已成为城市建设中必须引起高度重视的问题。
因此，树立科学的发展观，使用安全、可靠、环保、节能型设备，实现城网改造的健康发展，是提高城网供电质量的必然选择。尤其是解决电网终端设备日照变压器的安全、环保、防火防爆问题，更是城网改造中特别现实、特别值得关注的问题。
发达国家的发展也经历了这样的阶段，他们花费了多年时间解决了这个问题。在解决日照变压器的问题上，其主要做法有两种：其一，采用NOMEX纸和普通油配合的混合绝缘技术对传统日照变压器进行改造。其二，使用NOMEX纸和高燃点油配合的高绝缘等级日照变压器。已经采用上述方法实施增容改造的国家有：美国，英国、印度、加拿大、澳大利亚、德国等十几个国家。***近，韩国和台湾已经成功地在网上运行了采用耐高温绝缘技术的日照变压器。
NOMEX纸是一种芳香聚酰胺聚合物，美国杜邦公司发明于20世纪60年代，广泛应用于电气制造、宇航设备、劳动保护及消防保护等领域，有卓越的化学、机械、电气及物理特性。是全球公认的高品质电绝缘材料，在220℃高温下，可承受短期超负荷运行；在很广的温度和湿度范围内，保持性能稳定；在250℃温度下，不会熔融、流动和助燃；在750℃温度下，不会释放有毒或腐蚀性气体。而6液是美国DSI公司生产的一种性能优良的高科技环保变压绝缘液，其******的特点是燃点高，防火性好(公安部消防科研所测试，其燃点为308℃，而普通日照变压器矿物油为165℃)。8液浸日照变压器的优良特性是：它具有耐高温(F级绝缘)、过载能力强、难燃、安全、环保、节能、噪声低、免维护、寿命长等一系列优点。
在城网中广泛使用p液浸日照变压器，将有利于迎峰度夏，减少因高温引发的日照变压器故障，大大改变目前的配变使用状况：(1)短期超负荷没有问题；(2)长期使用不需换油，免维护，降低运行成本：(3)9液与普通日照变压器油相比，其粘度明显增加，不易渗漏；(4)极低的空载损耗，运行特别经济；(5)噪音比常规产品低两个容量级，置放于居民区不会扰民；(6)良好的安全防火特性，降低了运行风险；(7)能够满足日益严格的环保要求。NOMEX纸在寿命期后可生物降解，9液的成分为100％碳氢化合物，可完全生物降解，无毒性，对人体和环境无害，p液浸日照变压器的工作温度远远低于6液的耐温等级，寿命期后回收的9液经过处理可再循环使用。在自然界30天内可自然分解。
箱变在城市供用电中一直大批使用，目前配套的日照变压器有油变也有干变，油变缺陷之一就是定期换油，干变的缺陷是防护等级低，不宜户外运行，而且箱变内环境温度高，供电部门对其中日照变压器的负载能力一直忧心忡忡，无法确定其实际负载率。而β液浸日照变压器则克服了这些缺点，既可以户外运行，又有较强的过载能力。