110kV变压器设计的创新

张秋英　黄英晓　李竞天

摘 要：随着科技的飞速发展，人类对电力的依赖越来越大，用电量的逐年增加，导致变压器的需求越来越多，负荷越来越重，变压器超负荷运行加剧了变压器的老化，使电力行业的安全与稳定受到严重威胁。同时为了迎合国家“节能降耗”的号召和用户对变压器的高标准、严要求，变压器厂家投入了大量的人力物力对变压器产品进行了创新设计，来满足市场的需求。

关键词：变压器；设计；创新措施

电力系统中最重要的电气设备之一是电力變压器，保持变压器正常、安全稳定运行是维护电力系统至关重要的措施。而对变压器厂家而言，科学合理的变压器设计是变压器安全、稳定运行的保障。文章通过总结和分析有针对性地提出了几点创新、优化和改善变压器设计的有效措施和方案。

1 创新前110kV级变压器存在的主要问题

通过对用户的追踪回访发现，以前的变压器主要问题体现在以下几个方面：（1）噪声大。（2）损耗高。（3）局部放电量大。总的来说变压器属于那种“傻、大、笨、粗”，非常的不经济。

2 110kV级变压器的创新措施

（1）随着变电站越来越靠近居民区以及现代人们对生活质量要求的提高，噪声作为一种污染源也逐渐为人们所注意，因此低噪声变压器成为越来越多用户的首选。变压器噪声包括本体噪声和冷却装置噪声两种。我们除了减小变压器本体噪声和冷却装置噪声外，还可以采取隔声或者消声措施，以阻止噪声的向外传播。

a.降低本体噪声：从设计方面，我们一般选取磁致伸缩小的硅钢片；降低变压器铁心的工作磁通密度；采用45°全斜接缝；箱壁内灌沙减小噪声；采用先进的加工工艺保证铁心叠片的平直和紧固，比如采用拉板铁心结构和聚酯打包带绑扎铁心，铁心表面刷漆固定，有效保证铁心的夹紧力，另外在铁心垫脚与箱底连接处放置复合垫脚绝缘（如图），使其减小噪声的向外传递。

b.降低冷却装置噪声：一般在满足冷却容量的情况下尽量选择转数低的风扇冷却装置和在散热器上装设防振支架。针对油浸式变压器冷却风扇的震动问题，可将风扇叶轮动平衡，并加固螺栓，从而提高风扇的稳定性、消除支撑起伏，起到降低噪音的作用。

（2）随着国家对于节能降耗的大力提倡，精明的用户把经济账算得越来越细，一次高投入，可以减少以后每天的用电消费，所以现在的用户非常注重对低损耗的要求。变压器损耗包括空载损耗、负载损耗和杂散损耗。这里重点说一下杂散损耗和负载损耗中的附加损耗。

a.对油箱及其结构件中杂散损耗的控制是各变压器厂家的设计能力与工艺制造能力的共同体现。控制好杂散损耗不仅能避免危险的局部过热，还能使变压器在保证负载损耗的同时在材料成本上有一个很大的降低，因此杂散损耗是各变压器厂家研究的重点。

对于油箱中杂散损耗的控制，我们主要是通过在油箱内壁铺设磁屏蔽，利用硅钢片的高导磁性，从而使漏磁力线进入磁屏蔽形成回路，避免了漏磁进入钢板材料的箱壁增加损耗和形成过热。而对于大电流引线周围的箱壁则主要通过铺设铜板或铝板的电屏蔽，利用铜板或铝板的涡流反作用，从而阻止漏磁进入箱壁，避免损耗的增加和箱壁的过热。考虑到成本和可操作性，有时也会通过增加油箱到绕组的距离来减少进入油箱壁的漏磁通。比如某台SZ-63000/110变压器，通过计算得知，未铺设磁屏蔽时油箱里的漏磁通密度0.43T；而铺设磁屏蔽后油箱里的漏磁通密度0.04T。由这两个数据来看，铺设磁屏蔽对减少油箱壁里漏磁通的效果是相当显著的。

b.负载损耗中除了直阻损耗外还有相当份量的附加损耗存在，它包括导线的涡流损耗和环流损耗。涡流损耗的大小与通过导线的漏磁通密度的平方和与漏磁通垂直方向上的导线的尺寸成正比。合理选取导线规格可以有效降低绕组涡流损耗。而环流损耗则可以通过对并联导线的换位得到改善。

这里重点说一下涡流损耗，由于涡流损耗的大小与通过导线的漏磁通密度的平方和与漏磁通垂直方向上的导线的尺寸成正比，我们只需在承受短路能力允许的情况下减小导线规格即可。应运而生的就是换位导线得到了广泛应用，它的小线规正好迎合了我们减小涡流损耗的要求，有效地降低了绕组的涡流损耗，在质量得到提升的情况下减少了材料成本。当然由于换位导线制造厂家对换位导线换位节距的要求，并不是任何变压器都可以采用换位导线，对于40000kVA及以上的变压器采用基本是没有阻力的。表1中为某型号为SZ-50000/110变压器低压采用普通导线和换位导线时的涡流损耗计算值的对比，可以看出采用换位导线对于减小导线的涡流损耗效果是非常明显的。

（3）对变压器局部放电量进行控制。变压器的绝缘设计除了使用绝缘油外还使用绝缘纸，但长期处于高温和工作电压的作用下，由于设计或制造的原因，会使某些区域的电场过于集中，在此电场集中的地方，就可能使局部绝缘（油隙或固体绝缘）击穿或沿固体表面放电。如果高电压设备的绝缘在长期工作电压的作用下，就产生了局部放电，并且局部放电不断发展，就会造成绝缘的老化和破坏，而会降低绝缘的使用寿命，从而影响电气设备的安全运行。为了使高电压设备安全运行，必须对绝缘中的局部放电进行测量和控制，保证其在允许的范围内，以保证变压器的安全稳定运行。

引起局部放电的原因一般有两个：一是变压器中存在局部电场强度集中的地方，从而引起放电；另一个是绝缘材料或油中存在气体，在高电压作用下产生放电。

为减小放电，从结构方面：我们要避免电场过于集中，适当增加覆盖层，用于均匀电场；从工艺方面：保持生产车间洁净的环境，先进的工艺有效地保证了变压器器身的洁净度，避免灰尘，杂质和气泡，水分等因素对变压器的局部放电性能造成的影响，还有产品内部金属接地部件之间，导电体之间电气连接必须良好，这些保障，都能有效地避免局部放电的发生。

3 结束语

随着科学技术的不断进步，国家经济也发展迅猛，国家用电量快速增加，增加了变电器的负荷量，特别是在全球变暖的情况下，夏季的用电量远远超出一般变压器的负荷量。为应对急剧上升的用量需求，构建节能化的电力网络系统十分必要，利用高新技术，以变电站为电网的节点，通过变压器的枢纽作用，提高电网的承载力，从而提高送电量。在节能电网普及下，对变压器进行创新、优化和改造势在必行，因为变压器广泛应用于供电企业、工矿开采企业、煤炭生产企业以及各种电力公司，是基础电力设备。因此对比不同类型油浸式变压器的结构设计，取其精华、去其糟粕，从而集众家之所长设计出高效节能的变压器，实现节能电网的目标。

参考文献

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