CN101968995A - 电力变压器有载调压改造装置及其改造方法 - Google Patents

Abstract

一种电力变压器有载调压改造装置，由15000kVA主变压器和1600kVA调压变压器以及8档有载分接开关组成；主变压器的110kV中性点解开而分为X、Y、Z三相尾线，其中，每一相尾线经引线接于调压变压器的对应输入接头，有载分接开关的三组触头每组各有的8个调压触头分别接于调压变压器中三相调压线圈每相各有的8个对应抽头，且调压变压器的调压线圈A’、B’、C’三相的中性点联接在一起，引出顶盖，与接地刀闸串联；主变压器的10kV的三相线圈分别与调压变压器低压侧所对应的三相励磁线圈相并联。它具有操作使用方便，大幅提高电压合格率，节省资金，减少停电损失的优点。

Description

电力变压器有载调压改造装置及其改造方法 

技术领域

本发明涉及电力变压器，特别是以现有电力变压器为基础，增大和改变现有电力变压器调压方式和范围的电力有载调压装置。 

背景技术

在电力网络内，有一大批上世纪八、九十年代前生产的无载调压变压器仍处在运行中，不少是采用高导磁矽钢片和铜线材料制作的，节能效果和运行状况都还非常良好。但因当时的技术原因，尚未引入有载调压手段，即当电压过高或过低时，必须先停电，再由工作人员爬到箱顶转动无载调压档位开关，才能实现电压调整。这样不仅操作不便，而且还影响供电的连续性，对用户和电家都是一种损失。 

另有变压器安放使用地点为发电厂附近的出口变电站和过远的末端变电站等，电压太高或太低，即便无载调压档位用完，也调不回额定值范围，使电压合格率远远不能达标。 

针对上述情况，若将变压器淘汰或另购，造价都太高，并不现实。 

举例来说，具有两台15000/110主变压器的自贡荣县变电站，地处川南腹地，位于内江、乐山与宜宾三大发电基地的中央，电压长期偏高。1992年装机容量为2×12MVA的地方小火电——荣县新桥电厂发电并网后，将其电压进一步抬高。如运行记录记载，110KV电源侧电压在118-120KV之间，而35KV和10KV两副边侧电压随之抬高至38KV和11KV以上，均严重超标。 

由于上级220KV主变尚无有载调压设施，而本级变压器也只有±2×2.5％的无载调压结构，即使档位全部投完。仍不能回到额定范围。电压合格率极低，平均值在50％以下。为此，无论用户要求还是电力系统内部，都共同认识到提高电压合格率，改善供电质量势在必行。 

改善和提高有两种方法： 

第一，更换新的主变压器：可以有针对性地提出有载调压设计要求。但此法造价甚高，一台15000kVA、含110、35、10kV三个电压等级的变压器，售价在 100万元以上，并且计划、申报、审批手续烦杂，时间漫长，在电力建设经费紧张的状况下，要拨出更换款项是极其困难的。 

第二，走改造途径，主变留用，设法加入有载调压开关，实现远方带负荷调控。这样，原主变不报废，投资大幅降低，仅占新购设备的20-25％，并可从技改工程中获取立项支持，较易办理。但需做主变和调压变双重改造设计，有着较大技术难度和施工要求。 

我们经过综合分析，权衡利弊，并和变压器厂联合协商以后，选择了第二种方式——增设调压变的串并联改造法。后面将予以详细介绍。 

发明内容

本发明的目的是提供一种电力变压器有载调压装置，以增大现有电力变压器有载调压范围，即使在电压过高过低或电压变化过大状况下都能保证电压合格率达标。 

本发明的目的是这样实现的：一种电力变压器有载调压装置，包括，15000kVA主变压器，还具有1600kVA调压变压器以及8档有载分接开关；主变压器的110KV中性点解开而分为X、Y、Z三相尾线，其中，每一相尾线经引线接于调压变压器的对应输入接头，有载分接开关的三组触头中每组各有的8个调压触头分别接于调压变压器的三相调压线圈每相各有的8个对应抽头，且调压变压器的调压线圈A’、B’、C’三相的中性点联接在一起；并与顶盖上的接地刀闸串联；主变压器10KV的三相线圈分别与调压变压器低压侧所对应的三相励磁线圈相并联。 

还具有用作驱动所述8档有载分接开关的电动机构，该电动机构设置在主控室。 

上述8档有载分接开关的型号为FY30。 

本发明的另一目的是提供一种电力变压器有载调压装置及其改造方法。 

本发明的另一目的是这样实现的：一种电力变压器有载调压装置的改造方法，按以下步骤进行： 

a)、保持15000KVA主变压器首端与110KV母线的联结不变，将主变压器的本体内原中性点纠结在一起的导线解开，分X、Y、Z三相尾线引向主变压器外壳顶盖上经高压导管固定，再经引线分别接于调压变压器的对应输入接头A’、B’、 C’，输入接头A’、B’、C’的内端与调压线圈的首端相联，三相调压线圈每相各设有的8个抽头，分别与有载分接开关三组触头每组各有的8个调压触头对应相联，且将调压变压器的调压线圈A’、B’、C”三相的中性点连接在一起，引出顶盖，与接地刀闸联结，由此实现与主变改前一直的串联工作状态；同时，主变压器的10KV的a、b、c三相与同级的母线联结保持不变，并将主变压器10kV的三相线圈分别与调压变压器对应的三相励磁线圈相并联； 

b)、联线改造完成后，对主变压器的绝缘油进行过滤回灌，继而进行主变压器封装处理，最后进行全方位的高压检测试验，完成主变压器的改造工作； 

上述引线由高压绝缘导管套装在直径为10mm的铜线组成，该引线对110KV带电体间距离≥1100mm，对35KV、10KV带电体及对地间距离均≥340mm；该引线采用木支架支撑，木支架材料需做油浸干燥处理。 

本发明以现有电力变压器为基础，增设调压变压器，加入有载分接开关，从而实现电力变压器有载调压的改造。 

本发明的有益效果是： 

1、与同等级新购主变相比，改造一台主变所需费用不到同等级新购主变的1/4，具有操作使用方便，大幅度提高电压合格率，又节约大量资金，减少停电损失等优点。如，前述荣县变电站即可在主控室进行远方操作，便能实现主变进行带负荷的有载调压，经较长时间的运行考验，一切工作正常，电压合格率由原来的不足50％提高到现在的90％以上，达到改造目的。 

2、本发明技术稳定成熟，在实际电力生产中具有推广应用价值，后又实施20000KVA、31500KVA等多台主变改造。 

本发明不仅适用于110kV级主变改造，同时，适用于其它容量和电压等级的变压器改造。 

附图说明

图1是现有主变增设调压变压器结构示意图； 

图2是图1所示A相电压分布示意图； 

图3是主变压器与调压变压器的联接方式电路图； 

图4是主变压器与调压变压器联接方式电路图； 

图5是主变压器与调压变压器联接方式立体示意图。 

具体实施方式

主变压器串接调压变压器的结构原理如图1所示。先将主变压器110KV中性点解开，分X、Y、Z三相引出顶盖，再与调压变压器的调压线圈相串联，而调压变压器低压侧则与主变压器10KV相并联，即从10KV取得励磁电压。 

调压过程是：假如110KV电压升高，那么10KV副边电压升高，调压变压器组别联接的反相励磁电压随之升高，耦合到调压线圈上的电压增大。以A相为例，如图2所示，在相线与中性线之间有如下关系： 

${\stackrel{\·}{U}}_A={\stackrel{\·}{U}}_{A1}+{\stackrel{\·}{U}}_{A2}---\left(1\right)$

${\stackrel{\·}{U}}_{A1}={\stackrel{\·}{U}}_A-{\stackrel{\·}{U}}_{A2}---\left(2\right)$

式中： 

电源侧A相电压； 

改造后主变内部高压侧电压； 改造后调压变调压线圈电压。 

由(2)式和图2中的实线可见，当110KV输入电压增高，调压变压器电压增大，与主变形成反相抵消，由此，使得副边输出电压35KV和10KV将随之下降，直到回到额定范围。此后有载分接开关停止换档操作，所有电压进入相对稳定状态，达到调压目的。 

若110KV输入电压降低，分接开关改变极性，调节过程相反，如图2中虚线，主变电压与调压变压器电压形成叠加，电压由低到高调回到额定范围。 

综上所述，电压转换过程是采用的电压串联正、负反馈的调节原理(荣县主要采用负反馈)，该理论在此改造实践中得到了充分利用。 

调压变压器结构设计 

调压变压器功能与普通电力变压器不同，它的目的是提供可调电压值，而不是带负载。故所有设计应以可调电压为中心，主要技术参数确定如下： 

调压范围的确定和运行情况紧密相关，可依据下式计算： 

±ΔT＝Δf+Δb+Δp    (3) 

式中：ΔT：最大调压服范围；Δf：负荷变化引起的电压差值；Δb：输入电压最大波动范围；Δp：调压所需补偿电压差值。 

很明显，按上式计算，各种变化及影响因素都计入，数据将准确可靠。但计算前必须测试和弄清各项数据，非常烦琐复杂，加之计算结果产生后，也得靠近标准取值，仍然变成了近似处理。为此，我们便直接采用了最大电压偏差值做为调压范围，再取标准值确定。 

如自贡荣县站110KV输入电压最大值为120KV，差值为10KV，接近10％，再考虑正反向调节和有载调压设计标准，故确定最大调压范围为±10％。 

变比 

最大调压范围确定后，对应调压值为：110×(±10％)＝±11kV，调压变压器又从10KV侧取得励磁电压，由此确定变比为：K＝11/10＝1.1 

额定电流及额定容量 

在此改造方案中，因调压变压器调压线圈是与主变压器高压线圈串联，所以流过同一电流。据计算所知，主变压器额定电流为78A，为不影响主变压器出力，调压变压器额定电流略取为80A。 

确定了电压调节值和电流额定值，即可推算出额定容量为： 

PTe＝ITe·ΔT＝80×1.732×11＝1524    kVA 

取标准值设计，调压变压器额定容量确定为1600kVA。 

分接开关 

根据11KV的电压调节范围和额定电流等参数，我们选择了国内最大生产厂家贵州长征电器一厂的型号为FY30的8档有载分接开关，每档调压值设计为 

，则可调总值为： 

较计算值扩大了一些范围，这样，在遇到更大波动时，也有应对余地。 

有载分接开关联结方式： 

有载分接开关K放置在绝缘筒的周围，里面有机械传动、过渡电阻，经滑动变换档位，将电压一级一级的调节。 

分接开关触头及连接分布，选择开关是作档位和极性挑选，从1～8档是增加线圈，抬高电压，反之，从8～1档是减少线圈，降低电压。 

操作中，可以选择多级调压范围，但运行中只能一档一档的滑动变化，而跳档错档都是错误的，因那样会引起大的电压波动和严重机械损伤。所以，对防止跳档错档有专门研究和仪器设施。 

图4示出，主变压器B1，调压变压器B2 

同样在前面图3和后面图4中可以看到，调压变压器高压侧A′、B′、C′与主变压器110kV串联，调压线圈抽头引出中性线0′，既起到调压作用，又完成与主变相同的“Y”形联接。低压侧a′、b′、c′与主变压器10KV并联，起励磁作用，仍为“Δ”形联接，相序相位均一致。所以，调压变压器接线组别设计与主变压器相同，仍为Y/Δ-11。 

调压变压器一侧为10kV，另一侧是与主变压器高压侧中性点解开的引出线相串联。因主变压器110kV高压侧中性点按半绝缘(35kV)设置，所以，调压变压器绝缘水平也确定为35kV。 

如图3所示，在无载调压变有载调压的改造中，主变压器本体也要做解开中性点，分X、Y、Z三相引到主变顶盖经高压导管固定，再与调压变高压线圈联接的配套改造。为此，必须从设备安全、稳定出发，确保主变压器本体机械性能和电气性能不受影响，由此我们充分参考《变压器设计手册》的有关技术数据，并结合需增加三条引线的具体情况，结合图4，经大量细致的分析计算，确定出以下实施技术条款： 

将主变110KV原包扎在一起的中性线解开，分X、Y、Z引出，经高压导管固定在变压器顶盖上，绝缘水平按35kV考核； 

引线 

采用直径为10mm铜线。绝缘包扎厚度为14mm。对带电体距离≥80mm。对地距离≥60mm。 

木夹件 

起固定支撑作用的木夹件材料，需事先做油浸与干燥处理。水平间隔距离取400-500mm。垂直爬距取300-400mm。 

引出导管 

采用35kV加强型导管。带电体相互距离≥340mm。与110KV带电体间距离≥1100mm。对35KV、10KV带电体及对地间距离≥340mm。 

工艺要求 

焊接线头，搭接部份需≥12mm，焊疤与毛刺要打磨平整，绝缘包扎要厚薄均匀，紧扎牢固。 

引线支撑固定需用胶木螺栓，不得采用金属螺栓及纱带等方式扎接。 

其它所以事项，实施中均参照新造变压器进行。 

保留无载调压分接开关 

因调压变中的重要器件——有载分接开关经常处于档位更换的运动状态，故油样变化和机械磨损等较之主变压器严重，所以，进行绝缘油过滤重注及触头检修等频率远远大于主变压器大修周期。为此，我们要尽量保留原无载调压分接开关，以便在串接调压变压器单独检修时，主变压器只需通过外部联线改接，即可恢复原方式运行，保证调压变检修期间也能持续供电。 

各项设计工作结束后，调压变压器由变压器厂生产制作。 

在调压变压器制作完成并运到现场安装就位后，整个改造工程便可按设计好的主变本体、两变联结、线路走向、工艺要求等全面开展改造工作。 

图5是改造总体示意图，从图5中可见，首先将主变原110kV联接在一起的中性线“0”解开(虚线并打“×”)，分X、Y、Z三相引到主变顶盖经高压导管固定，再与调压变的A′、B′、C′三相对应相接，形成串联。调压变10KV励磁线圈a′、b′、c′与主变10kV的a、b、c同时接往母线，形成并联。 

A′、B′、C′三相的尾端在调压变体内联结在一起，引出顶盖为“o′”，再与接地刀闸相串接，由此将实现和主变改造前完全一样的运行方式。 

主变顶盖上画出了无载调压分接开关，而有载调压分接开关则装在调压变内部，外部左侧附有电动联杆机构，由专用线引往主控室，实现远方操作控制。 

联线改造完成后，又对绝缘油做了过滤回灌，主变封装处理。最后进行了全方位的高压检测试验，当确认无误后，方进行送电投运。 

重新投运后，不仅操作方便灵活，实现远方控制的有载调压，而且35KV和10KV同时受益，电压合格率提高到90％以上，达到改造目的。 

Claims (4)

1.一种电力变压器有载调压改造装置，包括，15000kVA主变压器，其特征是：还具有1600kVA调压变压器以及8档有载分接开关；所述主变压器的110KV中性点解开而分为X、Y、Z三相尾线，其中，每一相尾线经引线接于调压变压器的对应输入接头，有载分接开关的三组触头每组各有的8个调压触头分别接于调压变压器的三相调压线圈每相各有的8个对应抽头，且调压变压器的调压线圈A’、B’、C’三相的中性点联接在一起，并与顶盖上的接地刀闸串联；主变压器的10KV的三相线圈分别与调压变压器低压侧相对应的三相励磁线圈相并联。

2.根据权利要求1所述电力变压器有载调压改造装置，其特征是：还具有用作驱动所述8档有载分接开关的电动机构，该电动机构设置在主控室。

3.根据权利要求1或2所述电力变压器有载调压改造装置，其特征是：所述8档有载分接开关的型号为FY30。

4.一种如权利要求1所述电力变压器有载调压改造装置的改造方法，其特征是：按以下步骤进行：

a)、保持15000KVA主变压器首端与110KV母线的联结不变，将主变压器的本体内原中性点纠结在一起的导线解开，分X、Y、Z三相尾线引向主变压器外壳顶盖上经高压导管固定，再经引线分别接于调压变压器的对应输入接头A’、B’、C’，输入接头A’、B’、C’的内端与调压线圈的首端相联，三相调压线圈每相的8个抽头，分别与有载分接开关三组触头每组各有的8个调压触头对应相联，且将调压线圈A’、B’、C”三相的中性点连接在一起，引出顶盖，与接地刀闸相串联；同时，主变压器的10KV的a、b、c三相与同级的母线联结保持不变，并将主变压器的10KV三相线圈分别与调压变压器对应的三相励磁线圈相并联；

b)、联线改造完成后，对主变压器的绝缘油进行过滤回灌，继而进行主变压器封装处理，最后进行全方位的高压检测试验，完成主变压器的改造工作；

上述引线由高压绝缘导管套装在直径为10mm铜线组成，该引线对110KV带电体间距离≥1100mm，对35KV、10KV带电体及对地间距离均≥340mm；该引线采用木支架支撑，木支架材料需做油浸干燥处理。

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