大型酯類油電力變壓器

吳永仁 黃霞

摘要：大型油浸式電力變壓器的絕緣和冷卻一直是技術(shù)工程界關(guān)心的課題，傳統(tǒng)的油浸式電力變壓器通常使用礦物油來進行絕緣和冷卻，這是因為礦物油不僅有良好的電氣絕緣性能和冷卻性能，而且容易規(guī)模性生產(chǎn)及價格低廉，其不足之處是燃點低、生物降解性差、環(huán)境不友好。隨著社會的發(fā)展，它越來越難滿足用戶的要求。為了滿足電力設(shè)備市場更高的需求，人們開始研究使用合成酯類油MIDEL7131來代替礦物油，酯類油不僅擁有良好的絕緣及冷卻性能，它還擁有高燃點、耐濕、環(huán)保易降解、無毒無害等優(yōu)點。本文主要介紹合成酯類油MIDEL7131在ABB大型油浸式電力變壓器中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：電力變壓器;合成酯類油;溫升;阻燃性

引言

在酯類油等綠色變壓器出現(xiàn)以前，在我國電網(wǎng)領(lǐng)域95%的變壓器為傳統(tǒng)礦物油變壓器，在工業(yè)領(lǐng)域這個比例也達60%，這種變壓器具有生產(chǎn)工藝簡單，技術(shù)成熟，過負荷能力強，價格便宜等特點，但礦物油會污染土壤和水，很難自然降解，對環(huán)境影響較大。它既代表了過去變壓器的典型型態(tài)，也代表了工業(yè)時代人們的設(shè)計理念，即追求工業(yè)產(chǎn)品的經(jīng)濟性、功能性和可規(guī)模生產(chǎn)的特性，而忽視其對環(huán)境的影響。

近年來隨著城鎮(zhèn)化的不斷發(fā)展，城市建筑群不斷往外延伸，城市內(nèi)人口越來越密集，用電量不斷攀升，這導(dǎo)致部分變電站不得不建在人口密集區(qū)，距離居民住宅生活區(qū)越來越近。變電站核心設(shè)備變壓器的安全性、穩(wěn)定性、噪音、防火性能及環(huán)境友好性顯得越來越重要。傳統(tǒng)變壓器由于礦物油的燃點低、難分解、環(huán)境不友好、回收難度高、發(fā)生事故難處理等缺點，越來越難滿足用戶要求。酯類油變壓器由于合成酯MIDEL7131具有高燃點、易分解、環(huán)境友好性等優(yōu)點，越來越受到用戶的關(guān)注。

合成酯類油MIDEL7131特性

合成酯MIDEL 7131是一種用于變壓器以及電力設(shè)備的絕緣油。它符合IEC 61099：1992“電工用途的新合成有機酯規(guī)格”。被歸為T1類型，是一種無鹵素季戊四醇酯。

其電氣絕緣特性如表1：

MIDEL 7131可與變壓器內(nèi)部器身、線圈及引線的絕緣材料兼容，對絕緣材料無腐蝕性。

MIDEL7131熱特性如表2：

合成酯油的粘度隨溫度上升而下降，在正常運行溫度下，和傳統(tǒng)變壓器的礦物油相當(dāng)。

合成酯MIDEL7131在ABB變壓器中的應(yīng)用

該項目變壓器放置于某金融城地下三層，散熱、消防條件惡劣，環(huán)保要求高。用戶要求采用高燃點、環(huán)境友好型絕緣油做變壓器的絕緣和冷卻。ABB按客戶要求選擇了MIDEL7131合成酯類油。

變壓器型號：SFZ11–50000/110，基本參數(shù)如下：

容量：50MVA，高壓電壓：110KV±8*1.25%，低壓：10.5KV，冷卻方式：ONAN/ONAF，聯(lián)結(jié)組別：YNd11，阻抗：17%。

變壓器主要性能參數(shù)：額定容量、額定電壓、額定電流、空載損耗、空載電流、負載損耗、阻抗電壓、相數(shù)和頻率、溫升和冷卻、絕緣水平、聯(lián)結(jié)組別等均按傳統(tǒng)礦物油電力變壓器設(shè)定。另外變壓器按低噪音要求設(shè)計，滿負荷噪音要求≤52dB（A）。

MIDEL7131代替礦物油，主要影響變壓器的絕緣和溫升，其他性能參數(shù)由變壓器的鐵心和線圈結(jié)構(gòu)決定。

3.1變壓器絕緣設(shè)計：主要依據(jù)IEC60156所提供的MIDEL7131絕緣性能參數(shù)進行，從圖2可以看出在不同微水含量下MIDEL7131的擊穿電壓比礦物油高。

3.2變壓器冷卻設(shè)計：須考慮低溫狀態(tài)下MIDEL7131粘度偏高的因素，比如在–30℃，其粘度高達4229mPas，–10℃，其粘度也有427mPas，因此當(dāng)變壓器放置在低溫環(huán)境中時，設(shè)計須參考變壓器啟動送電流程，充分考慮低溫狀態(tài)下的冷卻效果和設(shè)計裕度。但在常溫狀態(tài)下的MIDEL7131其粘度和傳統(tǒng)礦物油相當(dāng)，變壓器冷卻設(shè)計和常規(guī)變壓器類似。本項目變壓器放置區(qū)域最低溫度 –5℃，且放置于室內(nèi)，變壓器油的粘度和礦物油相差不大，冷卻設(shè)計與傳統(tǒng)變壓器相差不大。

3.3變壓器試驗結(jié)果（試驗依據(jù)GB1094執(zhí)行）：

額定容量：50MVA

額定電壓：高壓110KV，低壓10.5KV

額定電流：高壓262A，低壓2749A

空載損耗：合同要求：P0<=24KW，測試結(jié)果：P0=20.79kW

空載電流：合同要求：I0<=0.4%，測試結(jié)果：I0=0.053%

負載損耗：合同要求：75oC額定分接下，Pk75≤183kW

測試結(jié)果：75oC額定分接下：Pk75 =182.51kW

阻抗電壓：合同要求：75oC額定分接下：Uk = 17% （±5%） 測試結(jié)果：75oC額定

分接下：Pk75 =182.51kW，Uk =16.62%

相數(shù)和頻率：3相，50Hz

聯(lián)結(jié)組別：YNd11

噪音：合同要求：空載聲級LPA≤48dB，負荷聲級LPA≤52dB

測試結(jié)果：空載聲級LPA=37.7dB，負荷聲級LPA=44.4dB

空載風(fēng)冷聲級LPA=42.3dB

溫升和冷卻：本變壓器冷卻方式采用自然油循環(huán)風(fēng)冷（ONAF）。合同規(guī)定：100%額定容量高壓17檔，最大總損耗下：繞組：≤65K;油頂≤55K。試驗：100%額定容量高壓17檔

試驗結(jié)果：油頂層溫升=49.5K 油平均溫升=35.8K 高壓繞組平均溫升=51.8K 低壓繞組平均溫升=46.4K 試驗結(jié)論：合格

絕緣測試：

外施耐壓試驗：標準：高壓–地;140kV;60s，低壓–地;35kV;60s

試驗：高壓–地;140kV;60s低壓–地;35kV;60s

試驗結(jié)果：合格

短時感應(yīng)耐壓試驗：標準：高壓–地;高壓對地在1.5*126/1.732kV，電壓下局放量≤ 100pC

試驗：高壓–地;高壓對地在109kV電壓下局放量，A：18.0pC，B：19.0pC，C：16.0pC

試驗結(jié)果：合格

雷電沖擊試驗：

試驗：LI480AC200–LI325AC140/LI75AC35，試驗按國標執(zhí)行

試驗結(jié)果：合格

從產(chǎn)品的出廠試驗結(jié)果看，ABB酯類油變壓器各個性能指標均可做到和傳統(tǒng)礦物油變壓器一致，部分參數(shù)甚至更優(yōu)。

結(jié)語

鑒于合成酯對環(huán)境的廣泛適應(yīng)性、生物可降性、且具有高燃點和低溫傾點的防火性能，還有優(yōu)異的電氣絕緣性能，合成酯變壓器應(yīng)用近期已拓展到可再生能源系統(tǒng)，如風(fēng)能和近海風(fēng)力發(fā)電場以及近海油田產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，其應(yīng)用前景廣闊。

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