110kV變壓器高壓繞組全連續

2018-11-07

原文:劉軍   變壓器百草園

引言

電力變壓器絕緣可靠性一直是變壓器設計中的關鍵環節。變壓器繞組衝擊特性隨繞組結構不同而不同,衝擊作用在繞組內要引起振蕩,在繞組內將產生高於試驗電壓值很多的振蕩電位,也可能使衝擊電壓大部分降落在首末端幾段或調壓段。為有效抑製振蕩電位,根據不同產品采取適當繞組結構,如110kV變壓器,高壓繞組可以采用部分並聯電容補償(如端部帶靜電板)、全糾結、糾結-連續或內屏-連續等方式,從而減小衝擊電壓作用下主縱絕緣過電壓,提高變壓器絕緣可靠性,縮小繞組尺寸,降低成本。本文分析110kV高壓繞組全連續的可行性。

方法

變壓器抗雷擊能力取決於避雷器殘壓,電網就是依據各種不同避雷器殘壓來進行絕緣配合,以確定各種電器絕緣水平。

110kV變壓器繞組縱絕緣設計中,首先要根據實際經驗,初步確定繞組結構、匝絕緣厚度和線餅間油道大小,然後對初步確定的繞組進行衝擊電位梯度分布計算,經過校核認為匝間和線餅間油道絕緣強度以及繞組熱性能和短路機械強度等方麵均能滿足安全、可靠運行要求,則可以最後確定繞組結構形式和絕緣尺寸。為減小衝擊電壓,一種方法是減小對地電容,另一種方法是高壓繞組采用全連續,下麵分布介紹。



減小對地電容

矮胖繞組傾向於比細高繞組具有更小的對地電容,這種繞組具有較好的衝擊特性。筆者分別以通過試驗的產品SZ11-50000/110為例,通過降低繞組高度的方法作為提高繞組抗衝擊能力的一個措施。電容計算如下:

繞組高度1366,高壓對地電容4975pF


繞組高度860,高壓對地電容3176pF


兩者電容之比為1.57,矮胖繞組傾向於比細高繞組具有更小對地電容。SZ11-50000/110短路阻抗17%,矮胖繞組更易實現高阻抗。

110kV高壓繞組全連續

經過計算和批量產品實踐,對於絕緣水平LI480AC200和LI450AC185的110kV變壓器,高壓繞組可以采用全連續。不同電磁計算方案,鐵心直徑、電抗高度、輻向尺寸、主絕緣距離都有所不同,這都影響繞組串聯電容和對地電容,針對不同方案建議進行繞組衝擊電壓計算,以確保絕緣可靠性。高壓繞組采用全連續,不但繞製簡單、絕緣也可靠。

仿真和產品驗證

絕緣的衝擊強度是由作用波的幅值高低和持續時間長短共同決定。在全波480kV  和截波550kV下最負分接油道排列、匝絕緣厚度、電壓梯度、持續時間、許用電壓、安全係數計算對比如下。

計算分析,油道最小安全係數均大於1.3滿足要求。

按照標準《GB1094.3-2003 電力變壓器 第3部分:絕緣水平、絕緣試驗和外絕緣空氣間隙》,先後有3台SSZ11-50000/110變壓器在國家變壓器質量監督檢驗中心先後進行例行、型式和特殊試驗(突發短路試驗和溫升試驗等),所有例行、型式、特殊試驗均通過,同時通過國外專家監視。前後雷電衝擊等試驗共進行3次:工廠試驗、短路試驗前和短路試驗後,試驗證明高壓繞組采用全連續是可靠的。

選取最小安全係數時應考慮材質(如導線、絕緣材料性能等)、工藝條件(真空幹燥、真空注油等)和測試數據的合理性。每個廠都有自己的生產特點,在選取安全係數時要斟酌選取。



全波480kV


截波550kV

計算準確性驗證

案例請見變壓器百草園 高級議題 故障分析 OSFZ-25000/132自耦變衝擊擊穿分析。

許用電壓如何用經驗公式計算?

仿真軟件許用電壓由軟件根據該處油道大小、導線匝絕緣和作用時間得到,許用電壓來自國外某研究所段間絕緣電氣強度試驗結果。為便於大家手工計算,現給出許用電壓計算公式和對比結果。

許用電壓計算公式

對比數據吻合,公式1和2適用範圍不同。

小結

絕緣水平LI480AC200和LI450AC185的110kV變壓器,高壓繞組可以采用全連續。

高壓繞組采用全連續,不但繞製簡單、絕緣可靠,而且安匝比糾結-連續或內屏-連續好排列,其短路軸向力也小。

110kV高壓繞組匝絕緣取0.8mm,油道全部為3mm,衝擊電壓是否滿足?小容量如16000kVA變壓器,高壓繞組是否也能用全連續?

考慮可靠性,避免折騰,建議還是利用軟件詳細計算。