本發(fā)明涉及變壓器設(shè)計及應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體是混合絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。
背景技術(shù)：
：隨著國民經(jīng)濟快速發(fā)展，電網(wǎng)負荷持續(xù)高速增長，而電網(wǎng)建設(shè)相對滯后，造成了電力變壓器負荷率居高不下，甚至長時間過載運行。農(nóng)網(wǎng)配電變壓器由于其所處環(huán)境的特殊性，季節(jié)性過載狀況尤為嚴重。為解決過載問題，高過載能力變壓器的研制迫在眉睫?，F(xiàn)有高過載變壓器普遍采用新型高溫液體和固體絕緣材料對傳統(tǒng)變壓器的絕緣材料進行替換，成本昂貴，且無法應(yīng)用傳統(tǒng)油浸式變壓器的運行、維護標準。如何在不更換油浸式變壓器液體絕緣材料的同時降低變壓器的研制成本，這成為目前人們普遍關(guān)注的問題。然而，現(xiàn)今沒有相應(yīng)的設(shè)備，也未見相關(guān)的報道。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種能降低變壓器研制成本的混合絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器。本發(fā)明還公開了上述混合絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，其能在絕緣材料改變的情況下對變壓器結(jié)構(gòu)進行合理優(yōu)化，能進一步降低油浸式變壓器的制造成本，使得油浸式變壓器更便于推廣應(yīng)用。本發(fā)明解決上述問題主要通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：混合絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器，包括油浸式變壓器主體，所述油浸式變壓器主體內(nèi)的絕緣油采用礦物絕緣油，油浸式變壓器主體內(nèi)的絕緣紙采用DPE絕緣紙。其中，本發(fā)明油浸式變壓器主體內(nèi)的絕緣紙采用DPE絕緣紙，其具有在礦物絕緣油中浸潤速率快、干燥時間短、耐溫等級高、機械性能好、價格低等優(yōu)點?；谏鲜龌旌辖^緣系統(tǒng)油浸式變壓器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，包括以下步驟：步驟一、計算長期急救負載下常規(guī)絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器允許過載倍數(shù)、以及混合絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器允許過載倍數(shù)，并計算出混合絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器允許過載倍數(shù)與常規(guī)絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器允許過載倍數(shù)的比值；步驟二、將計算出的混合絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器允許過載倍數(shù)與常規(guī)絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器允許過載倍數(shù)的比值等效為油浸式變壓器主體內(nèi)繞組電阻損耗比值，根據(jù)繞組電阻損耗比值計算出繞組導線半徑縮小比例，并將油浸式變壓器主體內(nèi)繞組導線半徑按計算出的繞組導線半徑縮小比例進行縮?。徊襟E三、將油浸式變壓器主體的箱體體積、鐵心體積、絕緣油用量及絕緣紙用量按計算出的繞組導線半徑縮小比例進行縮小，將油浸式變壓器主體的繞組銅材用量按計算出的繞組導線半徑縮小比例的平方進行縮小。進一步的，所述步驟一中長期急救負載下油浸式變壓器的允許過載倍數(shù)是由過載時熱點溫度限值對應(yīng)的過載倍數(shù)確定的，其中，過載時熱點溫度的計算公式為：其中，θh(t)為熱點溫度，θa為環(huán)境溫度，△θoi為初始狀態(tài)頂層油溫升，為初始狀態(tài)熱點對頂層油溫度差，△θor為總損耗下頂層油溫升，為額定電流下熱點對頂層油溫度差，R為負載損耗與空載損耗比值，K為負載系數(shù)，x為頂層油指數(shù)，y為繞組指數(shù)，函數(shù)f1(t)為反映頂層油溫升上升量的時間函數(shù)，f2(t)為反映熱點對頂層油溫度差變化的時間函數(shù)。本發(fā)明與常規(guī)絕緣系統(tǒng)采用的固體絕緣材料不同，但冷卻介質(zhì)均采用礦物絕緣油，故在相同發(fā)熱情況下，二者溫度分布相同，所達到的熱點溫度也相同，故可以采用相同的熱點溫度計算公式。進一步的，所述繞組電阻與繞組導線半徑之間的關(guān)系如下：其中，R為繞組電阻，ρ為繞組導體材料電阻率，l為繞組導體長度，S為繞組導體截面積，r為繞組導體半徑。本發(fā)明應(yīng)用時基于發(fā)熱等效原理推算繞組線徑減小比例，忽略變壓器空載損耗對于溫升的影響，認為負載損耗是造成繞組溫度升高的主因，近似將繞組電阻損耗視為變壓器熱源，由本發(fā)明所述變壓器與常規(guī)絕緣系統(tǒng)變壓器的過載能力評估，考慮繞組電阻與繞組導線半徑之間的關(guān)系，推算繞組線徑的減小比例。綜上所述，本發(fā)明具有以下有益效果：(1)本發(fā)明在僅更換固體絕緣材料的情況下能提升油浸式變壓器過載能力，不但能繼續(xù)沿用針對礦物絕緣油的運行維護和故障檢測標準，還能大幅度降低高過載能力變壓器的研制成本，可靠性與經(jīng)濟性兼得。(2)本發(fā)明基于新型固體絕緣材料和傳統(tǒng)固體絕緣材料的性能差異，比較了本發(fā)明所述變壓器與傳統(tǒng)變壓器的過載能力，針對本發(fā)明所述的變壓器提出了減小繞組線徑、減小鐵芯體積、減小箱體體積、降低絕緣材料用量等結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議，實用性強，為混合絕緣系統(tǒng)變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論依據(jù)，并降低了其制造成本，有利用混合絕緣系統(tǒng)變壓器的推廣和使用，具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。具體實施方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合實施例和附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明，本發(fā)明的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本發(fā)明，并不作為對本發(fā)明的限定。實施例：混合絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器，包括油浸式變壓器主體，其中，油浸式變壓器主體內(nèi)的絕緣油采用礦物絕緣油，油浸式變壓器主體內(nèi)的絕緣紙采用DPE絕緣紙。魏德曼公司依據(jù)IEEEC57.100-2011導則，針對DPE絕緣紙進行了為期2年的熱老化試驗，試驗結(jié)果如表1所示。由表1可見：DPE絕緣紙與礦物絕緣油組成的混合絕緣系統(tǒng)耐熱等級為130℃，即采用DPE絕緣紙的混合絕緣系統(tǒng)絕緣等級為B級，變壓器絕緣損壞率未超過允許范圍時的熱點溫度限值為165℃。由于各類礦物絕緣油的閃點處于100℃～170℃區(qū)間內(nèi)，因此選擇特定種類的礦物絕緣油可滿足閃點高于165℃的要求，則礦物絕緣油的性能不會成為混合絕緣系統(tǒng)變壓器過載能力的限制因素。表1DPE絕緣系統(tǒng)熱老化試驗結(jié)果總結(jié)基于上述混合絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，包括以下步驟：步驟一、計算長期急救負載下常規(guī)絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器允許過載倍數(shù)、以及混合絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器允許過載倍數(shù)，并計算出混合絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器允許過載倍數(shù)與常規(guī)絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器允許過載倍數(shù)的比值；步驟二、將計算出的混合絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器允許過載倍數(shù)與常規(guī)絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器允許過載倍數(shù)的比值等效為油浸式變壓器主體內(nèi)繞組電阻損耗比值，根據(jù)繞組電阻損耗比值計算出繞組導線半徑縮小比例，并將油浸式變壓器主體內(nèi)繞組導線半徑按計算出的繞組導線半徑縮小比例進行縮小；步驟三、將油浸式變壓器主體的箱體體積、鐵心體積、絕緣油用量及絕緣紙用量按計算出的繞組導線半徑縮小比例進行縮小，將油浸式變壓器主體的繞組銅材用量按計算出的繞組導線半徑縮小比例的平方進行縮小。本實施例在具體實施時，步驟一中長期急救負載下油浸式變壓器的允許過載倍數(shù)是由過載時熱點溫度限值對應(yīng)的過載倍數(shù)確定的，其中，過載時熱點溫度的計算公式為：其中，θh(t)為熱點溫度，θa為環(huán)境溫度，△θoi為初始狀態(tài)頂層油溫升，為初始狀態(tài)熱點對頂層油溫度差，△θor為總損耗下頂層油溫升，為額定電流下熱點對頂層油溫度差，R為負載損耗與空載損耗比值，K為負載系數(shù)，x為頂層油指數(shù)，y為繞組指數(shù)，函數(shù)f1(t)為反映頂層油溫升上升量的時間函數(shù)，f2(t)為反映熱點對頂層油溫度差變化的時間函數(shù)。本實施例在具體實施時，繞組電阻與繞組導線半徑之間的關(guān)系如下：其中，R為繞組電阻，ρ為繞組導體材料電阻率，l為繞組導體長度，S為繞組導體截面積，r為繞組導體半徑。常規(guī)絕緣系統(tǒng)的液體絕緣材料普遍采用礦物絕緣油，固定絕緣材料普遍采用纖維素絕緣紙，本發(fā)明的液體絕緣材料采用礦物絕緣油，固定絕緣材料采用DPE絕緣紙。本實施例采用式(1)來計算熱點溫度，其中，式(1)中的參數(shù)取值多使用推薦值。表2所示為絕緣系統(tǒng)中冷卻介質(zhì)采用礦物絕緣油時油浸式變壓器熱特性參數(shù)推薦值。表2油浸式變壓器熱特性參數(shù)推薦值熱特性參數(shù)推薦值油指數(shù)x0.8繞組指數(shù)y1.6油時間常數(shù)τo180繞組時間常數(shù)τw4常數(shù)k111.0常數(shù)k211.0常數(shù)k222.0損耗比R5熱點系數(shù)H1.1總損耗下頂層油溫升Δθor55額定電流下熱點對頂層油溫度梯度Hgr23計算可得：常規(guī)絕緣系統(tǒng)油浸式配電變壓器長期急救負載下的允許過載倍數(shù)為1.34倍，本實施例所述變壓器長期急救負載下的允許過載倍數(shù)為1.53倍，即采用耐高溫的普通纖維素紙更換DPE絕緣紙，可將油浸式配電變壓器的過載能力由1.34倍提升至1.53倍，足以滿足農(nóng)網(wǎng)過載需求。在油浸式配電變壓器運行中，忽略空載損耗對于溫升的影響，認為負載損耗是造成繞組溫度升高的主因。且繞組電阻損耗在負載損耗中所占比例超過95％，則可近似將繞組電阻損耗視為油浸式變壓器發(fā)熱的熱源。相同過載倍數(shù)下，本實施例所述變壓器能夠承受的熱源大小可達到常規(guī)絕緣系統(tǒng)變壓器的1.14倍。變壓器所帶負載不變時，繞組電阻損耗與繞組電阻成正比，采用式(4)可得，當繞組導線半徑縮小為原來的0.94倍，忽略繞組線徑減小引起的繞組銅線總長度與箱體水平方向尺寸的減小，鐵心體積可縮小為原來的0.94倍，變壓器箱體體積可縮小為原來的0.94倍，絕緣油用量可縮小為原來的0.94倍，絕緣紙用量可縮小為原來的0.94倍，繞組銅材用量可減小為原來的0.88倍。如此，縮小繞組線徑可在一定程度上減小變壓器制造成本，且經(jīng)過線徑調(diào)整之后的混合絕緣系統(tǒng)變壓器過載能力與常規(guī)絕緣系統(tǒng)變壓器相當，故該結(jié)構(gòu)調(diào)整方案僅適用于過載較輕的地區(qū)，可降低混合絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器材料成本。采用DPE絕緣紙和礦物絕緣油的混合絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器耐熱能力較采用普通纖維素紙和礦物絕緣油的常規(guī)絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器高出約15％，則相較常規(guī)絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器，混合絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器繞組間的散熱油道、進、出口油徑可縮小約10％，如采用波紋散熱器，則波紋散熱器的波翅數(shù)也可相應(yīng)減少。該結(jié)構(gòu)調(diào)整方案可在提升過載能力的同時降低混合絕緣系統(tǒng)油浸式變壓器材料成本，具有極大實用性。以上所述的具體實施方式，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施方式而已，并不用于限定本發(fā)明的保護范圍，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3