混合绝缘技术的应用.doc

21世纪的变压器技术混合绝缘技术的应用混合绝缘技术系指一种在线圈高温部位采用NOMEX芳香聚酰胺纸和层压板，在变压器其他不太热的区域采用纤维素的技术。这种技术的开发使变压器性能大幅度提高，同时提高了可靠性和减少了维护工作量。这项新技术首先于二十世纪八十年代中期，在美国用于需较轻重量的移动式变压器，二十世纪八十年代后期，大量用于增容更新的电力变压器。从那时起，这项技术的应用已扩展到世界各地。在亚太地区，带有混合绝缘系统的移动变压器已在韩国和澳大利亚开发成功。在中国台湾地区和印度尼西亚正在进行新的研究。智利的一家大型电力公司Chiletra公司，指定在其电网上使用混合式移动变压器，并考虑选用韩国制造的产品。过去10年来，大多数自美国购买的采用混合绝缘技术的移动变压器，在单位体积和重量上容量增加了50%至80%或更多。许多拥有老式移动变压器的电力公司，都已对它们进行更新改造，以利用这项技术的优势。北美和欧洲发达国家的许多老式变压器的故障率逐渐增加，因为它们的电网是在二十世纪六十年代至七十年代初的经济膨胀时期最后扩充而成的。起初，这些电网建设得过量，变压器负载很轻。负载量普遍为40%至50%。但最近10年间，这些电网系统不仅变得陈旧不堪，而且变压器的负载量也持续增长至80%或更高。这种现象导致了故障率增加和需要增容，仅仅修理这些发生事故的变压器已不是办法。这个难题的圆满解决方案是利用这项混合绝缘技术重新设计改造变压器。通过在线圈热点区域放置NOMEX并减小冷却油道，在固定的铁芯窗口放入更多的铜。这样可在原始额定容量的基础上平均减少20%的损耗和/或显著提高原有设备的容量，平均容量可增加50%，有些设备甚至可增加100%。公用电力公司可以更灵活地运行这些设备，负载下降时损耗较低，负载高峰期又可提供较大的容量。而可靠性增强和维护工作量的减少等附带好处也使得这些技术选择在经济上更具吸引力。如果这还不够，电力公司还可仅用订购一台新变压器所需的三分之一的时间立即增加电网容量。增容改造后的变压器现已获得世界各地的认可。表1 已认可和实施增容改造变压器的国家美国英国印度加拿大比利时澳大利亚阿根廷西班牙南非智利德国巴拉圭常规变压器的温度限制是基于线圈区域采用纤维素绝缘材料。一般而言，冷却油的温度相当低，由于纤维素材料的温度限制而无法实现潜在的增容能力。通过更换变压器最热部位的纤维素部分，可消除线圈的温度限制，而新的限制转移到冷却油上。图6显示重新设计和改造的带有混合系统的变压器（与原设备）之比较。人们会注意到容量增加了50%，现在的限制在于上层冷却油而不在于线圈。实际上，对于耐热指数为220的NOMEX材料来说，平均线圈温度还相当低。图6 温升比较 原设备重新设计改造的设备冷却方式ONAN ONAFONAN ONAFMVA12-2018-30油平均升温/Amb. (K)38-2855.7-45.4线圈平均升温/Amb. (K)50-5571.5-81.1顶层油升温/Amb. (K)44-3764.5-60混合绝缘技术的推广 混合绝缘技术在移动变压器和改造变压器上的成功，已经推广到其他能够利用这种概念的优势的新设备，整流变压器就是一个范例。这些设备在负载周期中经常会遇到极大的波动，要求标定容量能够承担这个周期中的最大负载。这使得该设备在许多时间里处于利用不足的状态，这意味着增加空载损耗的成本并且原始投资会超过实际需要。中国云南省铁路系统是比较接近的一个实例。该省的铁路系统每个轨道站需要两台用于铁轨的10 MVA整流变压器，但平均负载仅为大约5MVA。但在极短的峰值期间，要求每台负载达到15 MVA，而这种峰值时间不到2分钟，每天约有6至12次。首先用两台7.5 MVA混合绝缘整流变压器取代两台原有设备。获得成功后，在这个项目的第二阶段，用一台13.5 MVA混合式整流变压器取代两台10 MVA设备。经过在该省铁路的两年应用，作为制造商的云南变压器厂将向中国铁道部推荐这项技术。采用混合绝缘式整流变压器不仅可节省投资和降低损耗成本，而且可提高电网的可靠性，降低储运损耗并为乘客带来方便。目前，一个几乎相同项目正在西班牙进行，并考虑在欧洲的小型地方性电网实施。另一个正在考虑的开发项目位于美国。这个项目具有类似的意义，也是用于峰值变压器。在海滨和滑雪场等度假区有许多变电站设备。在这些地区，每年有几个月的用电负载很高，而全年大部分时期的负载则很低。混合绝缘技术可以使一台体积接近平均负载而非峰值负载的变压器，在必要时能够承受较高过载而不影响其预期使用寿命。随着这项技术用于电力变压器的普及，其他多种新应用的开发也正在全球进行。 KEPCO已修改了该公司的60 MVA变电站技术协议，允许生产更轻的三相设备，以节省运输、安装、维护费用并减少三分之一用油量。另外，与三个单相设备相比，还可减少空载损耗。世界各国正在考虑的其他应用领域包括地下室变、电炉变和矿用变以及工厂供电设备。经济性分析开发混合绝缘技术的一个重要因素，是在用户能够承担的成本费用基础上，确定新的电力变压器的性能容量。通过在最需要增强耐热性能的部位放置NOMEX，而在绝缘系统的大片区域使用传统的纤维素材料，这样效果非常显著，但成本的增加却很少。随着容量增加50%或更高，平均每千伏安成本一般可实际降低30%至50%。表2为总评估成本的比较，包括损耗成本、变压器增容改造成本与购买相同容量设备的比较。用户不仅可以明显减少成本，同时可迅速恢复设备使用。表2 增容的附加价值 混合重绕线圈成本 （20 30MVA）155,000美元损耗成本 NL（18千瓦，6000美元/千瓦）108,000美元LL（170千瓦，2000美元/千瓦）340,000美元总估计成本