摘要:常规配电是通过油浸配电变压器提供的。100多年来,这些变压器一直是将浸有矿物油的基于纤维素的材料作为冷却介质。矿物油除了是一种卓越的冷却和绝缘介质外,还十分易燃,并且当遇到火焰时可能会燃烧。因此,当居民位于比较接近这级变压器的地方时就提出了更安全地配电的要求。 对为21世纪供能的供电设备的安全,高效和环境保护方面的这些日益增长的需求可以用过去四十年中已经验证的可靠技术来满足。H级干式变压器正越来越替代油浸式变压器而常用于分配电能。这类变压器能在严酷的环境和气候条件下工作,耐火,工作时无噪声,并可减少体积和降低重量以最大程度地减少使用空间,可以专供生产上使用。这种变压器最适用于亚洲地区。
关键词:亚洲市场 干式变压器
经济考虑
对于购买常规油浸式变压器或热容量较低的变压器例如B级或F级浇注树脂变压器而言,变压器的尺寸一般基于用户为确保绝缘系统的可靠性和适当寿命而预测的最大负荷。这是因为这些变压器是用不能承受设计温度热点以上的温度的材料加以绝缘的。由于平均负荷往往比最大负荷低得多,所以这种变压器超过了设计标准并且比所需要的要大得多。利用R级绝缘系统的概念用户现在可以购买基于平均预测负荷的小型变压器,因此成本比基于最大预测负荷的大型变压器更低廉。通过使用芳族聚酰胺绝缘系统,这种变压器能够耐受相当大的超负荷或温度峰值,而不会显著降低使用寿命。 用户在安装后预测5年或10年内所需容量的大幅增加时,如工厂扩建,或大型购物中心等,也可以采用这种相同的方法。购买满足初始容量要求且能在此后超负荷的变压器,可以显著地节省费用并可以妥当地使附加投资推迟到将来使用。让我们来分析一下表1中所示出的数据。
表1:不同负荷的变压器的经济评价
方案号 1 2 3 4
变压器的耐热等级表示绕组在最高负荷条件(热点)下工作并应具有至少符合这一等级的绝缘材料时可以承受的最高温度。计算允许最高温度的公式如下:
最高温度 = 平均绕组温升(K) + 最大环境温度 + 热点允许温度
这意味着必须将绝缘系统的额定温度设定为绕组的最高温度,而不仅仅是绕组的平均温度,下表示出了基于IEC标准726的干式变压器的温度比较结果。
表5. 最热点温度计算结果
耐热等级 平均绕组 最大 热点 最高
温升 (K) 环境温度 (℃) 温差 温度 (℃)
B级 80 40 10 130
F级 100 40 15 155
H级 125 40 20 185
C级 150 40 30 220
正如所规定的那样,绝缘材料必须能够承受绕组内的最热点温度。美国的一些研究1表明,最热点温差可能比标准中规定的温差高,视线圈设计和形状而定。温差可能高达10至20K。这可能导致降低变压器的耐热等级或提高绕组中绝缘材料的等级。因此,与降低变压器的实际耐热等级相比,采用耐高温材料是最经济的解决方案。
采用这些耐高温芳族聚酰胺材料还具有许多其它优点。
1)对效率的影响
a.较小的线圈意味着磁芯尺寸较小,这可降低空载损耗
b.导体较少和温度较高会导致负载损耗增加
c.常用损耗评估方程一般在空载损耗上放更大的值,通常20年内估算的损耗比在3::1 至 6::1之间,这对小型变压器较为有利。
2)对尺寸和重量的影响
a.较高的绕组温度允许线圈较小,磁芯较小,节省成本、空间和重量
b.H级线圈一般比F级线圈小15%,比B级线圈小30%;R级线圈可以进一步减小约10%
3)热保护
a.F级变压器一般采用B级和F级绝缘材料,因而几乎不提供超负荷保护
b.H级变压器一般具有R级绝缘(220 ℃芳族聚酰胺材料),这种材料可以承受比H级更高的温度,因而可提供较高超负荷保护。
因此,更高温度设计方式更充分地采用了原材料,并使损耗降至最低程度,从而降低了总运行成本,这是全球各地正逐渐形成的一种趋势。
结论
本文旨在引起用户和制造商对采用耐高温绝缘材料的注意,以及这种材料可为干式变压器提供的机会。本文还归纳了用这种材料生产的变压器可为用户提供的优点,尤其是强调了固有超负荷承受能力提供的可能性。这可使用户购买不仅成本低廉而且还具有比预期使用寿命长的使用时间的额定容量降低的变压器。 在21世纪的世界中,这种技术可使制造商满足社会对改善安全性、环境保护方面日益增长的需求。此外,还提高了配电网内的短路和脉冲冲击能力。耐高温敞开式干式变压器技术并不是新技术,但它最适于满足市场日益增长的需求和发展趋势,并可以通过经济可靠的方式实现。
参考文献
1 L. W. 皮尔斯, "敞开式干式变压器中的最热点温度", IEEE WM 052-1 PWRD ,1993年2月1-5日俄亥俄州哥伦布IEEE PES冬季会议上提交的。