新型油浸式节能配电变压器的设计

杨建宽

广西国电建设工程有限公司

摘要：配电变压器是整个电力系统中最常用和普遍的设备之一，在整体电力系统的数量巨大，降低配电变压器的电力损耗对节能减排有的非常积极的作用。本文设计了一种新型的油浸式配电变压器，采用了新型的结构、材料和工艺，对原因的设计进行了改进，新型油浸式配电变压器比老式配电变压器空载损耗平均降低了30%、负载损耗平均降低了20%，并且可以节省大量的制作材料、能源和降低碳排放量，有着很好的节能环保小雨和经济效益，有推广使用的价值。

关键词：油浸式；配电变压器；节能；减排；设计

1引言

一般来说，发电站与需求电力的用户之间有一定的距离，为了经济又能够远距离电力传输。就要将发电机的输出电压增加到传输电压（110KV以上），在电力用户处，在将传输电压降低到用户电压（低于6000V）。增加和减少电压的设备是变压器。增加电压通常是大容量、高电压的大型变压器。我们称之主变。低压变压器输入一种小型变压器，通常具有小容量和低电压，在电力系统末端直接向用户输出电压。我们称之为配变，也就是配电变压器。据统计，我国电力系统中每年的输配电损耗中变压器的损耗占30%以上，主要因为电力在传送过程中都要通过变压器进行转换电能，在变压器转换的过程中本身就有一定的电能损耗，但是如果变压器在负载和空载的情况下损耗越大，变压器的输出的电量就越少，这样既浪费电力能源油会对环境造成污染。

2变压器的分类和油浸式变压器简介

2.1变压器的分类

经过一百多年的技术改进和发展，变压器得到了广泛的应用。随着电力消耗类型的增加，变压器的品种和规格也在增加。可以按照不同的方式对变压器进行分类。

变压器可分为电力变压器、电解或化工用整流器变压器、试验用的变压器和调压器、给冶炼供电用的电炉变压器、焊接用弧焊变换器、交通用的电机车变压器、补偿用电抗器、输电线路保护用消弧线圈以及测量用变压器等。其中，电力变压器是应用最广泛的变压器，其他变压器也被称为专用变压器。电力变压器按其功能不同可分为升压变压器、降压变压器、联络变压器、配电变压器等。变压器按线圈可分为双线圈变压器、自耦变压器、三线圈变压器和多线圈变压器。变压器按冷却条件可分为油浸式变压器（又分为油浸吹风冷却、油浸自然风冷却、强油循环水冷却、强油循环吹风冷却等多种）、冲气式变压器和干式变压器。变压器按相数可以分为单相变压器、兰相变压器和多相变压器（如整流用的变压器）。

除上述分类方法外，变压器还具有多种分类方法。例如，按调压方式可分为有载调压变压器和无载调压变压器；按中性点绝缘水平可分为全绝缘和半绝缘变压器（或分级绝缘变压器）；按铁心型可分为叶型和壳型。但是，需要指出的是，尽管上述类型的各种变压器在结构和性能上都有各自的特点，但其基本工作原理是相同的。本文研究对象为Ｈ相双线圈无励磁调压叠铁也全密封油浸式配电变压器。

2.2油浸式变压器简介

油浸式变压器由六部分组成：铁心、器身、线圈、引线、油箱和总装。铁心：它不仅是变压器的磁路，也是变压器的支撑框架。绝缘体、线圈、分接开关和引线也由铁心支撑。目前，冷轧取向硅钢片在电力变压器中得到了广泛的应用。器身：指铁心、线圈、绝缘装置、压实装置等组成在一起的整体。线圈：变压器也心脏，承载一、二次电流、电压和各种冲击。变压器的制造质量直接决定变压器的使用寿命。线圈是由截面为圆形、扁形的铜，铅导线绕制而成，线圈的主要形式是分层式线圈和饼式线圈。分层线圈的线匝沿其轴向依次排列，主要用于配电变压器。饼式线圈的线西在幅向形成线饼后，再沿轴向排列，在大型变压器中使用。导线：主要指线圈与分接开关、套管等部件的连接件，以及支撑这些部件夹紧所需的绝缘体。油箱：变压器附件的支撑部件和绝缘油容器。波纹油箱是配电变压器常用的冷却装置。总装：变压器附件如冷却装置、保护装置、套管、联管、储油柜、二次接线、组装过程均属总装范畴，范围广泛。

3新型油浸式节能配电变压器三绕组设计

目前，我国配电变压器主要生产S11系列产品。虽然属于低损耗节能变压器，但与国外先进水平相比仍存在较大差距，变压器仍然消耗大量的能量。在输配电系统中，变压器损耗占全国用电量的5%以上。因此，进一步降低变压器损耗是变压器制造商和用户共同关心的问题。本文从优化变压器设计和改进变压器本体结构两个方面，降低变压器的空载损耗，减少变压器制造过程中主要有效材料的使用。

新型的油浸式配电变压器设计成节能型三绕组电力变压器，包括变压器本体、铁芯、油箱、高压套管和低压套管，高压套管连接高压绕组，低压套管连接低压绕组，铁芯上的硅钢片与高压绕组和低压绕组所用的铜导线重量比值为2.3～2.5。铁芯采用了阶梯式D形轭铁芯不断轭结构，铁芯叠片采用全斜45°接缝。铁芯的心柱和铁轭采用紧固带通过收紧设备机械绑扎和表面涂高强度粘合剂固化。通过铁芯窗内侧安装有3～4根无纬材料做的拉紧带和窗外侧用4～5根高硬强度材料做的合金钢杆相互配合拉紧。油箱选用八角油箱。这种新型的油浸式节能配电变压器运行可靠性更高，结构简单，更加降耗节能，损耗比之前的配电变压器降低约35%，完全符合国家目前对能耗要求低的需求。

4新型油浸式节能配电变压器优化

4.1新型油浸式节能配电变压器绝缘

目前大多数配电变压器中高压线圈所采用的绝缘结构均为单一的绝缘结构，用电缆纸或菱格纸做层间绝缘，采用电缆纸做为导间绝缘。由于电缆纸的击穿电压低，因此在相同层间电压时，采用0.08电缆纸做层间绝缘时电缆纸使用的数量较多，层间绝缘层的整体厚度较大，高压线圈的辐向增大，绕制后线圈外径增大，负载损耗增加，且整个线圈较松散，抗短路能力差。新型油浸式节能配电变压器绝缘是一种复合型层间绝缘结构，包括第一导线层、第二导线层和绝缘层，绝缘层位于第一导线层和第二导线层之间；绝缘层使用依次层叠的菱格纸层、聚酯薄膜层和菱格纸层。菱格纸层的厚度为0.05-0.25毫米。聚酯薄膜层的厚度为0.01-0.1毫米。聚酯薄膜层和菱格纸层通过粘合固定。

这样的绝缘设计不仅制造工艺简单，易于操作，提高了工作效率，且大大提高了产品的电气性能及机械强度。具有以下优点：①线圈层间绝缘击穿电压高，聚酯薄膜层单层的击穿电压可达到2500V以上，变压器电气性能加强。②聚酯薄膜层机械强度高、韧性强、电绝缘性能优良，保证了产品的电气性能。③绝缘层所包含的总层数少，只有三层，加工工艺简单，操作方便。④高压线圈层间绝缘结构的总厚度减小，线圈辐向尺寸小，高压线圈外径小，负载损耗低。⑤线圈外径小，相间距离相应减小，铁心重量轻，空载损耗低。⑥菱格纸与聚酯薄膜组合后，随着温度的上升，菱格纸表面的胶融化，使绕组的相邻各层可靠地粘合在一起，成为一个固定的整体，大大提高了变压器的抗短路能力。

4.2新型油浸式节能配电变压器线圈的铜排

目前的变压器的箔绕线圈的铜导体为整张的铜箔，铜箔的高度与线圈高度想当，铜箔卷绕成圆筒状多层结构，各层铜箔之间同时卷绕有绝缘层，并且每隔若干层铜箔间隔设置有绝缘支撑块，在铜箔间隔形成气流通道，以便散热。内铜排焊接在箔绕线圈的铜箔起始端内侧作为线圈的首端，外筒排焊接在箔绕线圈的铜箔末端作为线圈的末端。铜排所占位置空间大造成整个线圈不是圆形，使得铜排缩短了跟高压外线圈的距离，容易造成铜排对高压外线圈放电，影响到变压器的安全运行。

新型油浸式节能配电变压器线圈的铜排设计结构简单，可明显节约铜材，大大降低生产成本，符合国家开发节能、节材型变压器的要求。同时使用该铜排制成的箔绕线圈也更符合设计圆形的要求，分布电场更均匀，工频性能及雷电冲击安全性能更可靠。

4.3电磁线的选取

变压器用电磁线可分为线圈用电磁线和引出线两大类。电磁线构成变压器线圈的电路部分，根据变压器的使用要求不同而采用不同类型的电磁线。电磁线的品种、规格很多，由于应用场合不同，选择相应的电磁线十分重要。正确合理选择电磁线，根据电气与机械性能，如：耐溶剂性、耐热性、绝缘厚度等，就能从根本上改善配电变压器的技术经济指标。

首先，根据设计计算导线截面积来选择电磁线，除了一些特殊的产品必须选用纸包线外，应尽量选用漆包线来提高铁也利用率，减少原材料使用，缩小产品体积。其次，根据设计的允许温升选用对应耐温等级的电磁线。同一种材料由于加工条件、使用场合以及产生热的方法不同，就可能有不同的温度指数。

选择电磁线时，还必须考虑电工产品在修造过程中的特殊要求和使用的特殊环境条件。化学工业用的各种电工产品，可能接触到不同的化学物品，要考虑电磁线的耐化学腐蚀性能。实际上在选择浸绩漆时必须考虑到这些因素，如用缩酸漆包线绕制的线圈，在浸溃漆中就应不含有醇类溶剂，聚脂漆包线用的浸溃漆最好不含苯乙巧，油性漆包线用的浸溃漆中则不应含芳香族溶剂。

5新型油浸式节能配电变压器优点

通过设计、试验情况总结，新型油浸式节能配电变压器主要有以下几方面优点：①损耗低：按现行国际GB/T6451-2008《三相油浸电力变压器技术参数和要求》容量30～1600kVA，S14系列变压器空载损耗平均下降50%，负载损耗平均下降30%，节能效益明显。②空载电流低：由于铁也材质优良以及绕制加工特点，使空载电流显著降低。按现行国标GB/T6451-2008，S14系列空载电流平均下降75%。③运行噪声低：按JB/T10088-1999噪声标准，S14-M系列变压器噪声降低约7-9dB池。④抗短路能力强：低压绕组除小容量采用铜导线以外，一般都采用铜箔绕的圆筒式结构，高压绕组采用多层圆筒式结构，使之线圈的安面分布平衡，漏磁小，机械强度高，抗短路能力强。⑤节能：S14-M型比S11空载损耗平均蜂低20%,负载损耗平均降低25%，运行费用平均下降20%。⑥环保效应强：可节省大量的发电燃料，减少对大气的污染。⑦综合使用成本低；S14节能配电变压器采用了新材料、新技术、新工艺虽然产品价格较传统变压器高，但由于其节能效果显著，运营成本较低，所以其综合使用成本较传统变压器低。⑧占地面积小：S14系列变压器油箱采用波纹散热方式，当油湿变化时波纹片热胀冷缩可替代储油柜的作用，且波纹油箱具有外形美观，占地面积小等优点。⑨运行可靠性高：进行相关零部件改进，确保油箱密封性，增加了变压器运行可靠性，提高工艺水平以保证密封的可靠性，具有运行效率高、免维护的优点。⑩使用寿命长：变压器油箱采用全密封结构，油箱与箱沿采用螺栓联接或焊死，变压器油与外界空气隔绝，可有效延长变压器的使用寿命。

6结束语

新型油浸式节能配电变压器比普通配电变压器空载降低30%以上，能效达到国家标准GB20052-2013《三相配电变压器能效限定值及能效等级》中能效等级1级水平，符合各个电厂、电站、工矿企业用户配电站等电力和配电系统的需求。符合国家降耗节能和环保的政策。此节能配电变压器的应用不仅对国家经济做出贡献，同时对减少环境污染也具有重要意义。

参考文献

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