[word格式] 110kV铝绕组变压器增容改造方案和经济技术比较

[格式] 110kV铝绕组变压器增容改造和经济技术比较 110kV铝绕组变压器增容改造方案和经济 技术比较 2004年3月 第5卷第3期 电 Electr 力 icaIEq 设 uiwne 备 ntI’一 Mar.20o4 VoI.5No.3 110kV铝绕组变压器增容改造方案 和经济技术比较 韩良 (北京供电公司修试处,北京100075) 摘要:通过对铝绕组变压器的分析,阐述了对其进行改造的必要性和 可行性,对改造的具体方案进行了技术论证 和经济技术比较,首次提出了一种铝绕组变压器改造新方案,并提出 了改造的技术条件和技术措施. 关键词:铝绕组;变压器;改造 中圈分类号:TM411 0概述 20世纪80年代中期以前,国内制造厂生产变 压器时普遍采用铝绕组.随着大量铝绕组变压器的 投入运行,其在遇到出口短路时容易引起绕组变形 的问题逐渐暴露出来,同时,由于铝导线机械强度不 足而导致的匝间短路也成为该类变压器事故的重要 原因.虽然后来各制造厂停止了x,-j-铝绕组变压器的 生产,但是,目前仍然还有很多大容量的铝绕组变压 器在运行中.20世纪90年代以来,北京供电公司 由于出口短路而造成绕组严重变形或变压器事故的 事例有十几台次,这些变压器绝大部分是铝绕组变 压器.随着电网容量的增大,变压器抗短路能力的 问题越来越突出,其出口短路造成的事故对电网运 行的影响也将越来越大.可以说,由于结构设计和 材料方面的原因,铝绕组变压器中绕组机械强度先 天不足的问题正成为电网中的一大隐患.但是,x,-J- 铝绕组变压器,是应该继续运行还是应投入一定资 金进行改造,改造后的性能怎么样,从经济上是否值 得改造等问题在电力部门内仍存在许多分歧.下面 将对铝绕组变压器改造的必要性和可行性进行阐 述,并给出了将110kV三绕组31500kVA铝绕组变 压器改造为两绕组s9系列50000kVA高阻抗变压 器的方案论证和经济技术比较实例以供参考. 1改造的必要性 由于铝导线本身的机械强度低(铝导线的屈服 强度为44N/眦l2左右,而普通铜导线的屈服强度为 98N/眦l2左右),铝绕组承受短路电动力的能力差, 因此,一旦发生变压器出口短路,就容易使绕组扭曲 变形,严重时还会使导线绝缘破损造成匝间短路. 多数20世纪80年代以前生产的变压器,由于结构 设计落后,采用的低密度纸板在运行和短路时压缩 变形量大,内绕组采用软纸筒,绕组未采用恒压干燥 等,使绕组的稳定性差,当导线局部变形后很容 易造成整个绕组结构的失稳变形.老结构的有载调 压变压器采用调压线段结构,高,低压绕组安匝分布 不均匀,当短路发生时绕组承受的轴向应力较大,因 此绕组变形损坏几率很高. 运行经验表明,铝绕组变压器的抗短路能力更 低,北京供电公司咸宁变电站,城子变电站等曾发生 多起主变压器短路事故,基本上都是铝绕组变压器. 近年来,虽然加强了主变压器的状态监测,特别是在 应用绕组频率响应试验检测绕组变形方面取得了很 大成绩,发现了多起运行中的铝绕组变压器有绕组 严重变形的现象,并及时消除了一些变压器事故隐 患,但是,由于变压器出口短路故障的不可预测性和 突发性,运行人员无法对提高运行变压器的安全性 掌握主动权.随着电网的发展,x,-J-~电可靠性的要 求越来越高,大容量主变压器发生突发事故而退出 运行所造成的损失不可低估.因此,提高铝绕组变 压器的抗短路能力x,-J-电网的安全,稳定十分必要. 2改造带来的其他效益 x,-J-铝绕组变压器进行改造除了能提高其抗短路 能力以外,还能够取得其他经济技术效益: (1)延长变压器的使用寿命.110kV铝绕组变 压器的运行时间大都已较长,经过改造以后,绕组的 绝缘寿命可与新变压器相同,等于提高了变压器的 使用价值. (2)提高变压器的绝缘性能.110kV铝绕组变 压器中,有一部分是薄绝缘变压器.薄绝缘变压器 的匝绝缘厚度一般为正常匝绝缘厚度的45%,匝间 工作场强较高(最高可达到2730V/mm),且110kV 铝绕组变压器大都已进入绝缘老化期,在导线绝缘 老化或受短路冲击局部损坏后,其绝缘强度降低,局 部放电量增大,很容易发生绝缘击穿.对这些变压 器进行改造,不仅可提高抗短路能力,而且还可提高 讨论与建议韩良:110kV铝绕组变压器增容改造方案和经济技术比 较37 其绝缘性能,使变压器的运行更加可靠. (3)提高变压器的技术性能和经济效益.由于 技术水平和材料的局限性,铝绕组变压器设计 低,空载损耗和负载损耗较大.与新一代变压器相比 属于高耗能电气设备.采用新的设计结构和材料改 造后,可以增加变压器的容量,降低单位损耗,从而 提高了变压器的技术性能和经济效益. (4)充分发挥变压器有载调压的作用,改善电压 合格率.由于现有的大部分铝绕组变压器的额定电 压为110?3×2.5%/38.5/11kV亘110?3×2.5%/ 38.5/10.5kV,高压侧调压范围较小,中压侧和低压 侧电压偏高,这种参数的变压器在实际运行中已经 反映出在负载低谷时输出电压偏高的现象,影响了 电网电压的合格率.如果变压器改造时更换全部绕 组,并按照新的电压标准来重新确定变压器的额定 电压,就可以充分发挥变压器有载调压的作用,从而 保证电网中电压的合格率. 3改造方案的确定 油浸式变压器的使用寿命取决于绕组,引线绝 缘和油的寿命.铁心硅钢片作为一种金属材料长时 间运行不会产生材料老化问题,因此,更换了新绕 组,新引线绝缘和新油的变压器,其寿命应与新变压 器相同.如果将电容式套管和有载分接开关一并更 换,应完全视为新变压器. 铝绕组变压器改造的关键是将铝绕组换成铜绕 组.由于铝绕组变压器的铁心多用高导磁冷轧硅钢 片制成,且铁心在变压器材料成本中占有较大的比 例,因此,可利用原有的铁心.如北京供电公司城子 变电站的110kV铝绕组变压器,其铁心采用日本产 Z11型,0.35111111厚的硅钢片,该铁心单位损耗较低, 励磁性能较好,能够满足改造后的需要. 1990,1996年,北京供电公司修试处曾对3台 220kV.120000kvA和4台110kV,31500kVA铝绕 组薄绝缘变压器进行过成功的改造.改造方案是将 三绕组120000kvA变压器降损增容改造为三绕组 150000kVA变压器,将三绕组31500kVA变压器降 损增容改造为三绕组40000kVA的变压器.采用 的技术措施主要是将铝绕组改为铜绕组,将原来的 钢压板材料改为高密度层压木板,同时采用新的绝 缘结构以提高铁心空间利用率等.通过采取以上措 施,可使变压器在进行降损增容改造时保持原有的 铁心尺寸不变,改造后的变压器可达到S7系列产品 的标准.这7台变压器至今运行良好,为今后的变 压器改造工作积累了丰富的经验.后来,由于资金 紧张等多种原因,改造工作未再继续进行下去. 近几年来,国内变压器制造业通过引进技术或 与国外企业合资等方式,使变压器的技术水平得到 不断提高,新变压器采用了s9系列或更高的性能标 准,对变压器的抗短路能力,降低局部放电等技术性 能的要求也越来越高,再沿用过去的改造方案已经 不能适应当前变压器的技术发展水平.能不能继续 进行铝绕组变压器的改造,取决于改造后变压器的 技术性能和取得的经济效益能否得到使用部门的认 可.因此,我们对现有的30多台110kV铝绕组变 压器进行了分析,除了继续采用原有的技术措施以 外,还针对新变压器的性能标准要求提出了将容量 为31500kVA的三绕组变压器改造为容量为 50000kVA的两绕组变压器的新方案,并对110kV 铝绕组变压器的原改造方案与新改造方案进行了比 较,见表1.新改造方案的主要技术原理是利用取 消钢压板和中压绕组后所节省的空间来适当增加绕 组匝数(目的是降低磁通密度,减少空载损耗),增设 单独的调压绕组;将铝导线改为铜导线(导线截面略 有提高);增加变压器的额定容量. 表1110kV铝绕组变压器原改造方案与新改造方案比较 原有变压器原改造方案新改造方案 项目 铝绕组高损耗变压器铜绕组低损耗变压器铜绕组低损耗变压器 110?3×2.5%/38.5?5%/11(二110?3×2.5%/36.6?5%/1O.5额定电压/kV110 ?8×1.25%/10.5(满足现有运行要求)次电压不适合现有运行要求)(高压调压范围较小) 额定容量/kVA31500400005O0o0 采用铝导线,高压绕组匝绝缘厚采用普通铜导线,高压绕组匝绝低压绕组采用半硬铜导线,高压绕组匝绝缘绕组导线 度为0.6,0.9irlln缘厚度为1.35irlln厚度为1.35ltlln 高压绕组带调压段,安匝分布不高压绕组带调压段,安匝分布不高压侧采用单独的调压绕组,安匝分布平调压绕组 平衡,抗短路能力差平衡,抗短路能力差衡,提高了抗短路能力 绕组纸筒所有绕组采用软纸筒内绕组采用硬纸简内绕组和调压绕组采用硬纸简 改为绝缘层压件压板,降低杂散绕组压板钢压板 ,杂散损耗大改为绝缘层压件压板,降低杂散损耗损耗 增加铁心外地屏,局部放电量?多方面改进结构,材料和工艺,变压器的局绕组绝缘变压器局部放电得不到保证 500pC部放电量~<300pC 38电力设备第5卷第3期 续表 原有变压器原改造方案新改造方案 项目 铝绕组高损耗变压器铜绕组低损耗变压器铜绕组低损耗变压器 H—M:10.5%H—L:17.5%H—M:10.5%H—L:17.5% 阻抗电压设计值H—L:16%,18%(满足高阻抗需求) M—L:6.5%M—L:6.5% 实际水平59.75438.8(阻抗为18%时);41(阻抗为16%时) 空载损耗/kW 标准值50.36071.2 实际水平202.4210229.5(阻抗为18%时);219(阻抗16%时) 负载损耗/kW 标准值17521O25o 运行时间长,绝缘老化,泄漏比距更换新套管,提高运行寿命和可更换新套管,提高泄漏比距,提高运行寿命高压套管 小(泄漏比距一般为1.7em/kV)靠性和可靠性 泄漏比距小(泄漏比距一般为更换新套管,采用防污型套管.提更换新的防污型套管,提高泄漏比距和额定中 ,低压套管 1.7crrgkV)高泄漏比距电流 更换新的V型开关,提高使用寿更换新的M型开关,提高使用寿命和运行有载分接开关故障率高 ,内渗严重命和运行可靠性可靠性 ,提高级容量 油箱强度低,不能承受全真空加固油箱,能承受全真空加固油箱,能承受全真空 开放式油枕,变压器油接触空气改为胶囊密封式油枕,防止变压油枕改为胶囊密封式油枕 ,防止变压器油劣化劣化快器油劣化 玻璃管式,油受阳光照射影响,无改为指针式洫位计,有油位异常油位计改为指针式油位计 ,有油位异常报警信号油位异常报警信号报警信号 开放式防爆筒和防爆玻璃,容易改为压力释放阀,减少油与空气改为压力释放阀,减少油与空气接触,喷油压力释放装置 生锈接触,喷油有报警有报警 从表1可以看出,按照新方案进行改造,除取消 35kV绕组后有一定的功能损失外,变压器的技术 性能和经济价值都有了很大的提高.随着电网规模 扩大,供电半径减小,35kV电压会越来越少,对电 压为110/10.5kV变压器的需求量会增加,因此,这 种改造方案从技术角度和使用需求方面来说是 可行的. 4具体要求的确定 为了使铝绕组变压器的改造能够达到使用的要 求,除了要确定改造方案和改造项目(个别项目可以 根据实际情况取舍)以外,还必须确定变压器改造的 技术标准和技术参数.对110kV,31500kvA铝绕 组变压器,改造后的技术标准应符合有关国家标准 和行业标准.变压器负载能力满足GB/T15164— 1995/(油浸式电力变压器负载导则》的要求. 为保证变压器改造的质量,还提出了一些改进 结构和工艺的要求.提高变压器抗短路能力的措施 有:?采用单独调压绕组的结构;?低压绕组和调 压绕组采用内外撑条的结构并用热缩带绑扎加固: ?内绕组撑条数量加倍(或增加辅助撑条);?低 压绕组及调压绕组内侧采用厚度为5mm的硬纸 简;?低压绕组采用屈服强度为150N/mm2的半硬 铜导线绕制;?绕组上的垫块采用高密度纸板制 成,并进行倒角处理;?绕组制造时采用恒压干燥 工艺,组装时采用液压装置进行带油紧固;?绕组 的压板采用整圆的高密度层压木压板或高密度层压 纸板,最小厚度应不小于701TIITI,每一相压钉的数量 应不少于8个;?增加辅助压板,使绕组上压钉的 位置,上铁轭下部以及A,c相绕组的外侧都能得到 有效的压紧.降低变压器局部放电水平的措施有: ?增加铁心外部地屏;?对铁心夹件等金属件的 尖角处进行修整圆化处理;?变压器干燥后进行全 真空浸油(改造中加固油箱使其能承受真空度达到 残压小于133Pa);?提高绕组的清洁度;?采用优 质的绝缘材料;?在整个变压器改造的过程中对器 身采取严格的防尘措施. 5改造实例 下面是一个将ll0kV三绕组31500kvA铝绕 组变压器改造为两绕组s9系列50000kvA高阻抗 变压器的实例. 改造前 型号SFSZLB一31500/110 容量31500kVA 电压110?3×2.5%/38.5?5%/10.5kv 阻抗H—M:10.3%H—L:17.7%M—L:6.39% 局放不保证 空载电流O.608%(比同容量S9型变压器高21.6%) 空载损耗50kW(比同容量S9型变压器高43%) 负载损耗H—L:210.7kW(比同容量S9型变压器高33.8%) 讨论与建议韩良:110kV铝绕组变压器增容改造方案和经济技术比较39 改造后 型号SFZ一50000/110 容量50000kVA 电压110?8×1.25%/10.5kV 阻抗实测值16.49%(设计值17%) 局放实测值100pC 空载电流0.19%(比同容量S9型变压器低45.7%) 空载损耗35kW(比同容量99型变压器低15.5%) 负载损耗239kW(比同容量S9型变压器商11.8%) 至2003年底,第一台按上述方案改造后的变压 器已经安全运行了一年多,并顺利通过了夏季负荷 高峰的考验.改造后的试验和实际运行证明,改造 产品的性能可达到改造方案所提出的技术要求,完 全能够满足电力部门的使用要求. 6经济效益分析 改造铝绕组变压器,同样可以取得很高的经济 效益,对降低企业成本有很大好处. 6.1改造与新换同型变压器投资回收年限比较 下面对将一台31500kVA铝绕组变压器改造 为50000kVA铜绕组变压器与新购一台50000kVA 变压器用来替换31500kVA铝绕组变压器这两种 方案来进行投资回收年限比较[按年运行时间数为 8700h,年平均负载系数为0.5,电价为0.36 元/()]计算. 用于比较的新变压器为1999年11月某变压器 厂为北京供电公司生产的,其技术参数与改造方案 基本相同,铭牌参数为:型号SFZ9—50000/110,阻 抗电压16.8%,空载损耗33kW,负载损耗 195.2kW.该新变压器采用的有载分接开关为进口 产品,将进口有载分接开关的价格折算成国产有载 分接开关的价格后,计算出购买一台新变压器的价 格约为2200000元.而按上述新改造方案对变压 器(采用国产有载分接开关)进行改造,共需投资的 改造费用约为1150000元. 又新购变压器的年运行成本根据计算可知为 256198元;改造后变压器的年运行成本为 296757元;而折算为50000kVA的31500kVA变压 器的年运行成本为509571元. 故新购变压器年节约运行成本为253373元, 改造变压器年节约运行成本为212814元. 由此,新购变压器投资回收年限为2200000/ 253373=8.7年;改造变压器投资回收年限为 1150000/212814=5.4年 以实际改造变压器为例来计算改造变压器的降 损效益.以变压器的运行寿命为30年计算,该变压 器事故前运行时间为14年,故铝绕组变压器增容改 造后在原铝绕组变压器剩余寿命年限内能够取得的 节能效益为(30—14)X212814=3405024元. 改造变压器的投资回收年限为5.4年,改造投 资回收以后在原变压器的剩余寿命年限内可取得的 纯收益为(30—14—5.4)×212814=2255828元. 由于变压器绕组等绝缘件全部更换为新的材 料,与新的变压器完全相同,该变压器经过改造以后 的预期使用寿命为3O年,使原变压器的使用寿命可 以再延长14年. 从以上数据比较可以看出,由于现有的铝绕组 变压器运行成本较大,无论进行改造或更换新变压 器均能够在较短时间内收回投资取得良好的经济效 益,但是改造变压器投资回收年限要低于新购变压 器的投资回收年限. 6.2改造与新换同型变压器的投资效益比较 (1)不考虑利率因素时,投资的静态补偿年限为 :两方案投资差AK/两方案运行成本差? = (2200000—1150ooo)/(296757—256198) =25.9年(已超过变压器的经济运行寿命) (2)当考虑利率因素(年利率r取3%)时,投资 的动态补偿年限为 : [1oggxu—log(AU,rAK)]/log(1+r) :(4.61—3.96)/O.013 :50年 从以上计算可以看出:新购变压器投资大,年运 行成本略低;改造变压器投资少,年运行成本略高. 但比较两种方案的远期投资效益,新换变压器与改 造变压器相比增加投入较多.虽然新变压器的技术 指标略优于改造后的变压器,能够更进一步降低运 行成本,但增加的投资回收期过长.因此,采用较低 投入的改造变压器方案优于购买新变压器的方案, 从经济性来说对铝绕组变压器应优选增容改造 方案. 7结束语 合理确定变压器的改造方案,性能参数和技术 要求,并采取相应的措施保证变压器的改造质量,改 造后的变压器性能可与新变压器相同.改造铝绕组 变压器有利于提高设备运行水平,降低运行成本,而 且改造变压器投资少,投资回收快,更节约能源,对 企业和社会都有良好的经济技术效益. 收稿日期:2003-11-21 作者简介: 韩良(1962-),男,高级工程师,多年从事主变压器类 设备检修专业技术工作. (责任编辑罗翠兰) 电力设备第5卷第3期 ~ratingSchemeandTechnicalEconomicalComparisonfor110kV TransformerwithAluminumCon HANLiang (BeijingPowerSupplyCompany,Beijing100075,China) Al~’act;Accordingtotheanalysisoftransformerwithaluminumcoil,thispap erelaboratesthefeasibilityandnecessityofretrofitfortrans— formerwithaluminumcoil.Upratingschemeandtechnicaleconomicalcomparisonfor110kVtl’al’lsformerwithaluminumcoilarepresented.a newschemeofretrofitfortrlt/isformerwithaluminumcoilisputforwardatthe firsttime.andtechnical~ut-esandthetechnicalconditionof retrofitfortransformerwithaluminumcoilarealsogiveninthepaper. Keywords:aluminumcoil;t/~sformcr;retrofit If?…I?IIII?IIII?…I?IIII?…I?fIIJ?IIII?…I?IIII?1{li?…I??I?fIIl?…I?lIIJ?…?川I?…J?lIIJ?III1?…l?l】ll?…I?…?IIII?I…?{1II?…I?I…?JIll?IIII?IIII?…l?IIIJ?IIII?…l?【IIJ?…I?…l?III1?IIIl?…{?IIIJ?IIIl?Iill?J【 ? 综合信息? 火电厂烟气脱硫技术及管理工作 研讨会开始征集 为了总结,交流我国火电厂烟气脱硫招标,设计,建造, 调试,运行技术及管理工作等经验,加快脱硫设备的本地化 步伐,探讨在新体制下促进火电厂烟气脱硫健康发展的管理 模式,以满足我国在未来几年大规模装设烟气脱硫设备和有 效控制二氧化硫排放的需求,中国电力企业联合会环保与资 源节约部和《中国电力》杂志社拟于2OO4年79月联合举办 火电厂烟气脱硫技术及管理工作研讨会(会议具体时间和地 点另行通知),有关事宜通知如下: 一 ,研讨会主题及论文方向 1.火电厂烟气脱硫相关法规,政策,标准,规范的制订实 施情况及建议; 2.火电厂烟气脱硫技术现状,包括招标,设计,建造,调 试,运行技术和管理经验等: 3.我国烟气脱硫关键技术和设备本地化工程示范情况, 推广情况,存在问题及建议: 4.烟气脱硫的相关经济性问题探讨,包括资金筹措,建 设费用及运行费用的合理分摊,电价调整等; 5.烟气脱硫技术经济评价指标和方法体系及脱硫产业 的规范化管理建议; 6.脱硫和脱硫脱硝一体化新技术,新产品研究,开发及 使用状况; 7.其他相关方面. 二,论文要求 论文字数(包括图,表)在5000字左右;附有中英文题 名,摘要,关键词,工作单位;提供作者简介(第一作者简况, 包括出生年,性别,民族,籍贯,职称,学位,从事的主要工作 或研究方向);文后要附参考文献;要求图,表清晰并有图名 表名;注明作者联系方式(通信地址,邮编,电话,传真,电子 邮件地址等).具体格式请参阅《中国电力》杂志. 三,论文的评选录用 经论文评选小组评审录用的论文将载入会议论文集. 会议评选出的优秀论文将在2OO4年《中国电力》杂志的增刊 《火电厂烟气脱硫技术增刊》上发表,并按相关规定支付作者 稿酬. 四,联系方式 请论文作者于2OO4年5月31日前将论文用电子邮 件方式传送至《中国电力》杂志社李秀平(E-mail: xiupingli@sp.corn.cn);或按下面通信地址邮寄论文(一式2 份)至《中国电力》杂志社李秀平收,并提供用word软件排版 的软盘. 通信地址:北京白广路二条1号综合楼16层《中国电 力》杂志社 邮编:10Cr761 联系人:李秀平 电话:010—6341646663416458(兼传真) 中国电力企业联合会环保与资源节约部 联系人:潘荔 电话:010—63415112 五,宣传活动 此次会议信息及相关报道将在《中国电力》,《国际电 力》,《电力环境保护》等专业期刊和电力网站上进行宣传. 欢迎国内外脱硫产业界,环保公司,科研机构,大专院校等单 位在脱硫研讨会上介绍相关技术和产品;欢迎在《中国电力》 增刊——《火电厂烟气脱硫技术增刊》上刊登广告. 联系人:李博 电话:010—6341646683510201 传真:010—63416458