变压器的作用有些什么?_交流试验装置_华体会登录体育网
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变压器的作用有些什么?

  法拉第在1831年8月29日发明了一个“电感环”,称为“法拉第感应线圈”,其实就是世界上第一只变压器雏形。但法拉第只是用它来示范电磁感应原理,并没考虑过它可以有实际的用途。

  变压器是利用电磁感应原理来变换电能的设备,因此变压器是在电磁感应原理发现后出现。

  1831年英国人法拉第(M.Farady)在铁环上缠绕两个闭合线圈, 在一个线圈中突然接上或断开电池, 另一个线圈所接仪表指针发生偏转, 从而发现电磁感应原理。

  1837年英国人曼生(Masson)用薄铁片做电磁线圈的铁心, 由此减少损耗。

  1881年法国人爱维(Jaewin) 发现磁滞现象, 美国人斯坦曼茨(C.P.Steimetz)发现磁滞损耗是磁密的1.6次方成正比例。

  1881年,路森·戈拉尔(Lucien Gaulard)和约翰·狄克逊·吉布斯(John Dixon Gibbs)在伦敦展示一种称为“二次手发电机”的设备,然后把这项技术卖给了美国西屋公司,这是第一个实用的电力变压器,但并不是最早的变压器。

  同在1884年,路森·戈拉尔和约翰·狄克逊·吉布斯在采用电力照明的意大利都灵市展示了他们的设备。早期变压器采用直线型铁心,后来被更有效的环形铁心取代。

  西屋公司的工程师威廉·史坦雷从乔治·威斯汀豪斯、路森·戈拉尔与约翰·狄克逊·吉布斯买来变压器专利以后,在1885年制造了第一台实用的变压器。后来变压器的铁心由E型的铁片叠合而成,并于1886年开始商业运用。

  总之,变压器变压原理首先由法拉第发现,但是直到十九世纪80年代才开始实际应用。在发电场应该输出直流电和交流电的竞争中,交流电可使用变压器是其优势之一。变压器能将电能转换成高电压低电流形式,然后再转换回去,因此大大减小了电能在输送过程中的损失,使得电能的经济输送距离达到更远。如此一来,发电厂就可以建在远离用电的地方。世界大多数电力经过一系列的变压最终才到达用户那里的。

  1888年俄国人多利沃—多勃罗沃尔斯基 ( M.O.Dolivo-Dobrowolsky ) 提出交流三相制。并于1890年发明了三相变压器。同年布朗(Brown)又制造出第一台油冷、油绝缘变压器。

  1891年德国生产30kVA的油浸变压器(1878年美国人勃劳克斯(D.Brdoks)开始用油做绝缘。)

  1900年英国人哈特菲尔德(Hodfeild)发明了硅钢片, 1903年开始用硅钢片制造变压器铁心。(德国在1904年, 美国在1906年, 俄国在1911年, 日本在1922年分别用硅钢片制造变压器铁心)

  1905年德国人洛果夫斯基(W. Rowgowski)研究漏磁场提出漏磁系数。

  1915年华纳(K.W.Wagner)研究线圈内部电磁振荡的基本理论,提出了过电压保护一种方式。

  1922年美国人维特(J. M. Weed)研究过电压理论时, 提出了过电压保护另一种方式。

  1930年以后变压器进入改进提高阶段, 即采用新材料、改进结构、改进工艺、逐步扩大变压器的使用范围

  它有一个共用的铁芯和与其交链的几个绕组线圈,且它们之间的空间位置不变。当某一个绕组从电源接受交流电能时,通过电感生磁、磁感生电的电磁感应原理改变电压(电流),在其余绕组上以同一频率、不同电压传输出交流电能。因此,变压器的主要结构就是铁芯和绕组。铁芯和绕组组装了绝缘和引线之后组成变压器的器身。器身一般在油箱或外壳之中,再配置调压、冷却、保护、测温和出线等装置,就成为变压器的结构整体。

  其中接电源的绕组叫初级线圈,其余的绕组叫次级线圈。它可以变换交流电压、电流和阻抗。最简单的铁心变压器由一个软磁材料做成的铁心及套在铁心上的两个匝数不等的线圈构成,如图所示。

  铁心的作用是加强两个线圈间的磁耦合。为减少铁内涡流和磁滞损耗,铁心由涂漆的硅钢片叠压而成;两个线圈之间没有电的联系,线圈由绝缘铜线(或铝线)绕成。一个线圈接交流电源称为初级线圈(或原线圈),另一个线圈接用电器称为次级线圈(或副线圈)。实际的变压器是很复杂的,不可避免地存在铜损(线圈电阻发热)、铁损(铁心发热)和漏磁(经空气闭合的磁感应线)等,为了简化讨论这里只介绍理想变压器。理想变压器成立的条件是:忽略漏磁通,忽略原、副线圈的电阻,忽略铁心的损耗,忽略空载电流(副线圈开路原线圈线圈中的电流)。例如电力变压器在满载运行时(副线圈输出额定功率)即接近理想变压器情况。

  当变压器的原线圈接在交流电源上时,铁心中便产生交变磁通,交变磁通用φ表示。原、副线圈中的φ是相同的,φ也是简谐函数,表为φ=φmsinωt。由法拉第电磁感应定律可知,原、副线dφ/dt。式中N1、N2为原、副线(原线表示,副线表示),其复有效值为U1=-E1=jN1ωΦ、U2=E2=-jN2ωΦ,令k=N1/N2,称变压器的变比。由上式可得U1/ U2=-N1/N2=-k,即变压器原、副线圈电压有效值之比,等于其匝数比而且原、副线圈电压的位相差为π。

  在空载电流可忽略的情况下,有I1/ I2=-N2/N1,即原、副线圈电流有效值大小与其匝数成反比,且相位差π。

  理想变压器原、副线。说明理想变压器本身无功率损耗。实际变压器总存在损耗,其效率为η=P2/P1。电力变压器的效率很高,可达90%以上。

  在三相电力系统中,一般应用三相变压器,当容量过大且受运输条件限制时,在三相电力系统中也能应用三台单相式变压器组成变压器组。

  通常的变压器都为双绕组变压器,即在铁芯上有两个绕组,一个为原绕组,一个为副绕组。三绕组变压器为容量较大的变压器(在5600千伏安以上),用以连接三种不同的电压输电线。在特殊的情况下,也有应用更多绕组的变压器。

  如绕组包在铁芯外围则为铁芯式变压器;如铁芯包在绕组外围则为铁壳式变压器。二者不过在结构上稍有不同,在原理上没有本质的区别。电力变压器都系铁芯式。

  为了加强绝缘和冷却条件,变压器的铁芯和绕组都一起浸入灌满了变压器油的油箱中。

  目前,在无人值班变电站中用的较多的是油浸式变压器。最初的变压器都是空气冷却的。

  后来变压器的容量越做越大,电压也慢慢地提高,用空气来冷却和作为绝缘就越来越困难,因此就产生了油浸式变压器,把变压器浸在盛于铁箱中的油内。变压器油是从石油中提炼出来的,有很好的绝缘性能,它除了作为绝缘介质外,还作为一个散热的煤介。铁箱除了作为油的容器外,还提供了一个对周围空气的散热面。

  油浸式电力变压器在运行中,绕组和铁芯的热量先传给油,然后通过油传给冷却介质。油浸式电力变压器的冷却方式,按容量的大小,可分为以下几种:

  这种冷却方式的特点是依靠油箱壁的辐射与变压器周围空气的自然对流把热量从油箱的冷却器表面带走。一般认为,当变压器容量在2500KVA及以下时,能够使用膨胀式散热器,变压器可不装储油柜,并可将其设计成全密封型,但是,较大容量的变压器必须人为地增大油箱与空气接触的散热表面。随着低损耗技术的发展,采用油浸自冷式冷却的容量上限在增加,400kVA及以下额定容量的变压器也可选用油浸自冷冷却方式。这样的优点是不要辅助供风扇用的电源,没有风扇所产生的噪声,散热器可以直接装在变压器油箱上,也可以集中装在变压器附近,油浸自冷式变压器的维护相对简单,始终可以在额定容量下运行。

  通常情况下,当变压器容量在8000KVA及以上、400KVA及以下时,可采用管式或片式散热器,可选用风冷冷却方式,一般在散热器上加装风扇,因为表面散热系数与流体在表面流动的速度有关,在吹风之后,对流部分的散热系数将增大好几倍,大幅度的提升散热器的冷却效率。风冷式散热器是利用风扇改变进入散热器与流出散热器的油温差,提高散热器的冷却效率,使散热器数量减少,占地面积缩小。但此时要引入风扇的噪声,风扇的辅助电源。停开风扇时可按自冷方式运行,但是输出容量要减少,要降低到三分之二的额定容量。对管式散热器而言,每个散热器上可装两个风扇,对片式散热器而言,可用大容量风机集中吹风,或一个风扇吹几组散热器。

  对于油浸自循环风冷变压器而言,油为自然循环,其循环动力是温度差;变压器的器身(铁芯及线圈)由于电磁损耗而发热,这种热量由靠近绕组和铁芯部分的油所吸收;箱底油温低,顶层油温高,顶层油与散热器连通散热器内的油将热量传给散热管或者散热板片,再传给空气,这样散热器进出口就形成温度降落(一般为20-30℃)。由温度降落就形成油的密度变化,冷却油的密度变大,靠自重而下沉;油箱内的油因被器身加热使油温升高,密度变小,形成浮升力;这样油箱内的发热与油箱外部的空气靠动力循环,热空气被风扇吹走,冷空气随之补充进来形成冷热空气交换流动,变压器的热量不断地传给空气,形成一种动态平衡。

  维持变压器各部(铁芯、绕组、油等)温升在标准规定的范围以内,从而保障变压器的寿命。

  对于强迫油循环冷却的变压器,它的油箱上没有油管或者散热器,变压器内的油经过管道和油泵被打到一个分开装置的油冷却器,油被冷却后重新再回到变压器内。这种冷却方式的优点是:

  一方面,利用油泵后可以加强变压器内部油的流动,降低内部绕组对油的温升;另一方面,由于去掉了庞大的散热器,变压器的安装面积可以大幅度缩小,而且散热器能安装在其他合适的地方,这一点对于巨型水电站的设计是很有利的。因为水电站的水源方便,一般都会采用水冷却方式。在其他场合也可以用风冷,它的结构基本上与装在变压器上的冷却器差不多。强迫油循环冷却因为结构较为复杂,所以一般只用在容量为500KVA及以上的巨型变压器上。

  油浸式变压器主要由铁芯、绕组、油箱、油枕、散热器、套管和分接开关等组成。铁芯构成了磁路,线圈套在铁芯上。线圈由导线绕制而成,绕组是指与电源(或负载)相接的线圈或线圈的组合,即绕组是由线圈所组成的。通常把铁芯和绕组合在一起称为变压器的器身,是变压器的最基本的组成部分。

  铁芯是变压器的磁路部分。运行时因产生磁滞损耗和涡流损耗而发热。为降低发热损耗和减小体积和重量,铁芯由厚度小于0.35mm,导磁系数高的冷轧晶粒取向硅钢片构成。依照绕组在铁芯中的布置方式,有铁芯式和铁壳式之分。在大容量的变压器中,为使铁芯损耗发出的热量能够被绝缘油在循环时充分带走,以达到良好的冷却效果,常在铁芯中设有冷却油道。

  绕组和铁芯都是变压器的核心元件。由于绕组本身有电阻或接头处有接触电阻,由I2Rt知要产生热量。故绕组不能长时间通过比额定电流高的电流。另外,通过短路电流时将在绕组上产生很大的电磁力而损坏变压器。其基本绕组有同心式和交叠式两种。变压器绕组主要故障是匝间短路和对外壳短路。匝间短路主要是由于绝缘老化,或由于变压器的过负荷以及穿越性短路时绝缘受到机械的损伤而产生的。对外壳短路的原因也是由于绝缘老化或油受潮、油面下降,或因雷电和操作过电压而产生的。

  油浸式变压器的器身(绕组及铁芯)都装在充满变压器油的油箱中,油箱用钢板焊成。中、小型变压器的油箱由箱壳和箱盖组成,变压器的器身放在箱壳内,将箱盖打开就可吊出器身进行检修。

  油枕又叫油柜,是一种油保护设施,它是由钢板做成的圆桶形容器,水平安装在变压器油箱盖上,用弯曲管与油箱连接。油枕的一端装有一个油位计(油标管),从油位计中可以监视油位的变化。油枕的容积一般为变压器油箱所装油体积的8%~10%。当变压器油的体积随着油的温度膨胀或缩小时,油枕起着储油及补油的作用,来保证油箱内充满油。同时由于装了油枕,使变压器油缩小了与空气的接触面,减少了油的劣化速度。

  又称吸湿器,通常由一根管道和玻璃容器组成,内装干燥剂(硅胶或活性氧化铝)。当油枕内的空气随变压器油的体积膨胀或缩小时,排出或吸入的空气都经过呼吸器,呼吸器内的干燥剂吸收空气中的水分,对空气起过滤作用,从而保持油的清洁。浸有氯化钴的硅胶,其颗粒在干燥时是钴蓝色的,但是随着硅胶吸收水分接近饱和时,粒状硅胶将转变成粉白色或红色,据此可判断硅胶是否已失效。受潮后的硅胶可通过加热烘干而再生,当硅胶颗粒的颜色变成钴蓝色时,再生工作就完成了。

  充有变压器油的电力变压器中,如果内部发生故障或短路,电弧放电就会在瞬间使油汽化,导致油箱内压力极快升高。若无法尽快释放该压力,油箱就会破裂,将易燃油喷射到很大的区域内,可能会导致火灾,造成更大破坏,因此一定要采取措施防止这种情况发生。压力释放装置有防爆管和压力释放器两种,防爆管用于小型变压器,压力释放器用于大、中型变压器。

  散热器的形式有瓦楞形、扇形、圆形、排管等,散热面积越大,散热的效果就越好。当变压器上层油温与下部油温有温差时,通过散热器形成油的对流,经散热器冷却后流回油箱,起到降低变压器温度的作用。

  变压器绕组的引出线从箱内穿出油箱引出时一定要经过绝缘套管,以使带电的引线绝缘。绝缘套管主要由中心导电杆和磁套组成。导电杆在油箱内的一端与绕组连接,在外面的一端与外线路连接。绝缘套管的结构主要根据电压等级。电压低的一般采用简单的实心磁套管。电压较高时,为了加强绝缘能力,在瓷套和导电杆间留有一道充油层,这种套管称为充油套管。

  双绕组变压器的一次绕组及三绕组变压器的一、二次绕组一般有3、5、7个或19个分接头位置,分接头的中间分头为标称电压的位置。3个分接头的相邻分头电压相差5%,多个分头的相邻分头电压相差2.5%或1.25%。操作部分装于变压器顶部,经传动杆伸入变压器的油箱。根据系统运行的需要,按照指示的标记来选择分接头的位置。变压器的高压装置分为无载调压和有载调压两种。无载分接开关,是在不带电情况下切换,其结构相对比较简单。有载分接开关,是在不停电情况下切换,在带负荷下进行,故在电力系统中被广泛采用。

  油浸式变压器有几个互相隔离的独立油系统。在油浸式变压器运行时,这些独立油系统内的油是互不相通的,油质与运行工况也不相同,要分别做油中含气色谱分析以判断有无潜在故障。

  与绕组周围的油相通的油系统都是主体内系统,包括冷却器或散热器内的油,储油柜内的油,35kV及以下注油式套管内油。

  注油时必须将这个油系统内存储的气体放气塞放出。一般而言,上述部件都应有各自的放气塞。主体内油主要起绝缘与冷却作用。油还可增加绝缘纸或绝缘纸板的电气强度。在真空注油时,如有些部件不能承受与主体油箱能承受的相同真空强度时,应用临时闸隔离,如储油柜与主油箱间的闸阀。冷却器上潜油泵扬程要够,以免由于负压而吸入空气。这个油系统要有释压装置的保护系统,以排除器身有故障时所产生的压力。

  这部分油有本身的保护系统,即流动继电器、储油柜、压力释放阀。这个开关室内的油起绝缘与熄灭电流作用。油会在切换开关切断负载电流时产生的油中去,这个油系统要良好的密封性能,即使在切换过程中产生电弧压力也要保护密封性能。

  有载分接开关切换开关室内的油虽与主体内油隔离,但在真空注油时,为避免破坏切换开关室的密封,应与主体内油同时真空注油,在真空注油时,使这两个系统具有相同的真空度,必要时也应将这个系统的储油柜在抽真空时隔离。为结构上方便,主体的储油与切换开关室的储油柜设计成一互相隔离的整体。

  60kV及以上电压等级的全密封。这个油系统内的主要起绝缘作用,或增加油电容式套管内绝缘纸的电气强度。在主体内注油时,应将套管端部接线端子密封好,以免进气。

  高压出线箱内油、或电气出线kV变压器的高压出线通过波纹绝缘隔离油系统。这个油系统主要起绝缘作用。为简化结构,这个油系统也可通过连管与主体内油系统相联或设计成单独的油系统。

  在对油浸式变压器进行各种绝缘试验时,首先是放气,通过放气塞释放可能存储的气体。

  可通过分析各个系统的油中含气色谱分析可预判有无潜在故障。每一油系统都要满足运行的要求,如吸收油膨胀与收缩时油体积的变化,放油用阀门、放气塞、冷却器、散热器与主油箱的隔离阀等。每一油系统拥有非常良好的密封性能,有载分接开关切换开关室内的油应能单独更换而不放出主体内油,运输时主体内油可放出而充干燥氮气。

  每一油系统应注意在负温时的油特性,如主体内油在负温时油的粘度大,流动性差,散热性差。有载分接开关切换开关室内油在负温时会使切换过程加长,使过渡电阻温升增加。

  对超高压油浸式变压器的主体内油系统而言,还应注意油流带电现象,要防止油流带电过渡到油流放电现象。要控制油的电阻率、各部分油速、释放油中电荷的空间。

  我们已经知道变压器发明于1886年,当时的变压器都是干式变压器(有时简称“干变),限于当时在允许电压下不导电的材料的水平,这时的干变难于实现高电压与大容量.从19世纪末期起,人们发现采用变压器油可以大幅度提高变压器的绝缘和冷却性能,于是油浸变压器就逐步取代了干式变压器。二战后,世界经济得以恢复与重建,尤其是在欧洲与美国更有了迅猛的发展,—些大城市以极高的速度向着现代化迈进。随着城市供电负荷的一直增长,住宅的密集化以及高层建筑、地下建筑的增多,人们迫切地需要一种既深入符合中心,又能防火、防爆且环保性能优越的变压器,于是干变又重新被重视和采用。

  的,由于所用绝缘材料价格昂贵,加之防潮性能很差,因而它的绝缘水平较油变要低得多,故障率也较高,价格也较贵,进而影响它的广泛使用.应当认为是形势的发展迫使人们去研究更新型的干式变压器。从1964年德国AEG公司研制出第一台400kVA、20kV的环氧浇注式干变起,干式变压器的发展就进入了一个新的阶段。在以后的第二年,德国TU公司又研制出了第一代B级绝缘的环氧浇注式干变,以后环氧浇注干变不断有新的发展,生产出许多新的类型的产品,迄今在世界上环氧浇注式干变已成为干式变压器的主流型式.尤其是到了20世纪70年代末期,由于考虑对环境的影响,在法律上禁止了聚氯联苯(PCBS)这种液体绝缘介质的使用,从而给发展环氧浇注干变提供了契机。在1970年代后期,美国也持续不断的发展并改进了采用NOMEX纸作为绝缘材料的浸渍式H级干变。迄今为止,世界上的干式变压器主要是这两大类型。据最新统计,目前干式变压器在世界变压器市场中所占比例,如表1-1和表1-2所示。

  浸渍式干变的结构与油浸变压器的结构非常相似,就像-个没有油箱的油浸变压器的器身。可以认为,早期的浸渍式干变结构,就是由油变演化而来的。它的低压绕组一般都会采用箔式绕组或圆筒式(层式)绕组,高压绕组—般为饼式绕组。由于空气的冷却能力要比变压器油差得多,为了能够更好的保证适当数量的冷却空气吹入绕组,这种变压器要求轴向冷却空道宽度最小为6mm 。

  浸渍式干变的制造工艺最简单,通常用导线绕制完成的绕组浸渍以耐高温的绝缘漆,并加热干燥处理。根据自身的需求可选用不同耐热等级的在允许电压下不导电的材料,分别制成B级、E级F级和H级(早期为B、E级),早期这种干变的在允许电压下不导电的材料及其处理工艺都不能满足制造高性能干变的要求,使得这种类型的干变极易受潮,从而大幅度的降低了运行可靠性,同时绝缘水平也较低。另外投运前还需要预先加热干燥,也使运行复杂化。所以,环氧树脂浇注干变正是为客服这些缺点才应运而生、得以大量发展的。

  环氧树脂类干变指主要用环氧树脂做为绝缘材料的干式变压器,它又可分为浇注式与包绕式两类.在现有产品中,绝大多数都是环氧浇注式。

  环氧树脂是一种早就大范围的应用的化工原料,它不仅是一种难燃、阻燃的材料,且具有优越的电气性能,后来逐渐为电工制造业所采用。自从1964年德国制造出首台环氧浇注式干变后,这项技术在欧洲发展得很快,并不断推出各种新的专利制造技术,这些技术也不断推向世界.由于我国的干变制造技术主要是从德国等欧洲国家引进的,所以迄今全国生产的干式变压器中,绝大多数都是环氧浇注式。这里应当强调的是:由于环氧树脂比起空气与变压器油来具有很高的绝缘强度,加之浇注成型后又具有机械强度高以及优越的防潮、防尘性能,所以特别适合于制造干式变压器。早期的环氧浇注式干变为B级绝缘,目前国内产品大多数均为F级绝缘,也有少数为H级绝缘的。目前,从全面的技术经济性来看,世界上公认的环氧浇注式干变的最高电压为35kV(个别产品曾达66/77kV),最大容量为20MVA,基准冲击水平(BIL)不超过250kV。

  绝缘强度高:浇注用环氧树脂具有18~22kV/mm的绝缘击穿场强,且与电压等级相同的油浸变具有大致相同的雷电冲击强度.

  抗短路能力强:由于树脂的材料特性,加之绕组是整体浇注,经加热固化成型后 成为一个刚体,所以机械强度很高,经突发短路试验证明,浇注式变压器因短路而损坏的极少。

  防灾性能突出:环氧树脂难燃、阻燃并能自行熄灭,不致引发爆炸等二次灾害。

  环境性能优越:环氧树脂是化学上极其稳定的一种材料,防潮、防尘,即使在大 气污秽等恶劣环境下也能可靠地运行,甚至可在100%温度下正常运行,停运后无需干燥预热即可再次投运.可以在恶劣的环境条件下运行,是环氧浇注式干变较之浸渍式干变的突出优点之一.

  维护工作量很小:由于有了完善的温控、温显系统,目前环氧浇注式干变的日常 运行维护工作量很小,从而能够大大减轻运行人员的负担,并降低运行费用。

  油浸式变压器低压绕组除小容量采用铜导线以外,一般都采用铜箔绕抽的圆筒式结构;高压绕组采用多层圆筒式结构,使之绕组的安匝分布平衡,漏磁小,机械强度高,抗短路能力强。

  铁芯和绕组各自采用了紧固措施,器身高、低压引线等紧固部分都带自锁防松螺母,采用了不吊芯结构,能承受运输的颠震。

  线圈和铁芯采用真空干燥,变压器油采用真空滤油和注油的工艺,使变压器内部的潮气降至最低。

  储油柜具有呼吸功能来补偿因气温变化而引起油的体积变化,并与外界隔离,这样就有效地防止了氧气、水份的进入而导致绝缘性能的下降。

  在综合建筑内(地下室、楼层中、楼顶等)和人员密集场所需使用干变。油变采用在独立的变电场所。

  在建设时根据空间来选择干变和油变,空间较大时可以再一次进行选择油变,空间较为拥挤时选择干变。

  区域气候比较潮湿闷热地区,易使用油变。若使用干变的情况下,必须配有强制风冷设备。

  封装形式不同,干式变压器能直接看到铁芯和线圈,而油式变压器只能看到变压器的外壳;

  干式变压器一般适用于配电用,容量大都在1600KVA以下,电压在10KV以下,也有个别做到35KV电压等级的;而油式变压器却可以从小到大做到全部容量,电压等级也做到了所有电压;我国正在建设的特高压1000KV试验线路,采用的一定是油式变压器。

  即两者的冷却介质不同,前者是以变压器油(并还有其它油如β油)作为冷却及绝缘介质,后者是以空气或其它气体如SF6等作为冷却介质。油变是把由铁芯及绕组组成的器身置于一个盛满变压器油的油箱中。干变常把铁芯和绕组用环氧树脂浇注包封起来,也有一种现在用得多的是非包封式的,绕组用特殊的绝缘纸再浸渍专用绝缘漆等,起到防止绕组或铁芯受潮。(又因为两者因工艺、用途、结构方面的分类方法不同派生出不同的类别,所以我们从狭义的角度来说)

  就产量和用量而言,目前干变电压等级只作到35kV,容量相对油变来说要小,约作到2500kVA.又由于干变制造工艺相对同电压等级同容量的油变来说要复杂,成本也高。所以目前从用量来说还是油变多。但因干变的环保性,阻燃、抗冲击等等优点,而常用于室内等高要求的供配电场所,如宾馆、办公楼、高层建筑等等。如果你只是变压器用户,了解这些应该够了”

  油浸式变压器与干式变压器的最大区别就是有没有“油”,而由于油是液体,具有流动性,油浸式变压器就一定是有外壳的,外壳内部是变压器油,油中浸泡着变压器的线圈,从外面是看不到变压器的线圈的;而干式变压器没有油,就不用外壳了,能直接看到变压器的线圈;还有一个特性就是油浸式变压器上面有油枕,内部存放着变压器油,但现在新式油浸变压器也有不带油枕的变压器生产;

  油浸式变压器为了散热方便,也就为了内部绝缘油的流动散热方便,在外部设计了散热器,就象散热片一样,而干式变压器却没这个散热器,散热靠变压器线圈下面的风机,该风机有点象家用空调的室内机;

  油浸式变压器由于防火的需要,一般安装在单独的变压器室内或室外,而干式变压器肯定安装在室内,一般情况下安装在低压配电室内,和低压配电柜并排安装。

  随着新增发电装机的一直增长,我国对各类变压器的需求也持续增长。近年来,国内变压器行业通过引进国外先进的技术,使变压器产品品种、水平及高电压变压器容量都有了大幅度提高。国内公司制作的变压器品种包括超高压变压器、换流变压器、全密封式变压器、环氧树脂干式变压器、卷铁心变压器、组合式变压器等。此外,随着新材料、新工艺的不断应用,国内各变压器制造企业还不断研制和开发出各种结构及形式的变压器,以适应市场发展。

  目前,我国注册的变压器生产企业1000多家,有能力生产500kV变压器的企业不超过10家,这中间还包括特变电工的沈阳变压器厂、衡阳变压器厂、西安变压器厂、保定天威保变电气股份有限公司、常州东芝变压器有限公司、重庆ABB变压器有限公司、上海阿尔斯通变压器有限公司等;能生产220kV变压器的企业不超过30家,生产110kV级的企业则有100家左右,其中年产超过百台的企业有特变电工衡变、沈变,保变、青岛青波、华鹏等厂家;生产干式配电变压器的企业约有100家,生产能力在100万kVA以上的企业有顺德、金乡、许继、华鹏等厂家;生产箱式变压器的企业有600~700家。

  我国变压器行业规模庞大,但中小企业居多。根据截止2008年11月的统计,我国变压器行业内共有企业1589个,工业总产值超过1亿的只有130多家,员工数超过2000人的只有16家。根据统计,出售的收益最高的保定天威达到了107.9亿元,占全行业的5.86%,前10名企业的累计份额为20.6%。近年来,通过技术改造、兼并重组和扩张等方式,我国变压器类产品的生产能力大幅度提升。例如,特变电工拥有沈阳、衡阳、新疆、天津生产厂,西电企业具有西安、常州生产厂,保定天威拥有保定、秦皇岛、合肥等生产厂。三个集团变压器类产品的生产能力均接近或超过80000MVA。与此同时,以华鹏、达驰、青岛、钱江等企业为代表的生产企业也在逐步地扩大自己的生产规模,提升个人的生产能力,年生产能力均在千万千瓦时以上。

  事业的蓬勃发展吸引了国际上的电工装备跨国公司在中国投资,近年来在我国建立的变压器合资生产企业,如ABB、西门子、阿海珐、东芝、晓星等,在中国变压器市场上尤其是在高电压等级产品上占有一定的份额。

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  目前,在中国境内生产变压器的企业大致上可以分为四大阵营:ABB、阿海珐、西门子、东芝等几大跨国集团公司以非常大的优势形成了第一阵营,占据20%~30%的市场占有率,且市场占有率仍在逐步扩大;保变、西变、特变等国内大规模的公司通过提升产品的技术水平和等级,占有30%~40%的市场占有率;以江苏华鹏变压器有限公司、顺特电气有限公司、青岛青波变压器股份有限公司、常州变压器厂、山东达驰电气股份有限公司、杭州钱江电气集团有限公司等为代表的制造厂商形成了第三阵营;不少非公有制企业由于经营机制灵活,没有非生产性的负担,也形成了一定的市场占有率,形成第四阵营。

  随着行业的竞争越来越激烈,我国变压器企业一方面面临研发设计、品牌塑造、高新技术专业人才引进、跨国营销体系的建立等方面的挑战,这些都需要有创新的眼光和创新的能力作支撑;另一方面,面对外资企业进入本土市场,国内变压器大企业竞相兼并重组,小企业则陷入价格战中,生存状况不佳。因此,我国变压器企业一定严格规范企业管理,满足国际化经营对企业的新要求;同时,尽快突破高端技术,拓展新市场。

  目前,已在系统运行的代表性产品有:1150kV、1200MVA,735~765kV、800MVA,400~500kV、3φ750MVA或1φ550MVA,220kV、3φ1300MVA电力变压器;直流输电±500kV、400MVA换流变压器。电力变压器主要为油浸式,产品结构芯式和壳式两类。芯式生产量占95%,壳式只占5%。芯式与壳式相互间并无压倒性的优点,只是芯式工艺相对简单,因而为大多数企业采用,而壳式结构与工艺都要更复杂,只有传统性工厂采用。壳式非常适合于高电压、大容量,其绝缘、机械及散热都有优点且适宜山区水电站的运输,因而仍有其生命力。

  近来来,干式变压器在国内得到迅猛发展,在京、沪、穗、深等大城市,干变已经占到50%,而在其它大中城市也已经占到20%。干变有四种结构:环氧树脂浇注、加填料浇注、绕包、浸渍式。目前,欧美广泛采用开敞通风式H级干式变压器,是在浸渍式基础上吸取了绕包式结构的特点并采用Nomex纸后发展起来的新型H级干变,由于售价高,在我国尚未推广。目前,国内通过短路试验容量最大的干式配电变压器是2500kVA、10/0.4kV;通过短路试验容量最大的干式电力变压器是16000kVA、35/10kV。

  非晶合金变压器虽然抗短路性能差、噪音大,但是节能,因此未来发展前途可观。国内只有少数企业掌握非晶合金变压器铁心生产技术。目前,置信电气参股40%的日港置信具有3000~4000t的铁心年产能力,是国内最大的非晶合金变压器铁心生产企业,但其产品基本直供给置信电气,能够很好的满足置信电气3000~4000台500kVA非晶合金变压器的生产需求。除置信电气以外,我国其他知名变压器生产企业,如顺特电气、江苏华鹏、特变电工、杭州钱江电器集团、天威保变、西变等均掌握了非晶合金变压器的生产技术,但由于市场容量及铁心供应等问题,均未进行大规模生产。然而一旦市场容量扩大、铁心供应增加,以上变压器企业要扩大非晶合金变压器产能易如反掌。总体上,铁心及变压器的生产技术并不是制约我国推广非晶合金变压器的关键性因素,非晶合金带材的突破才能促成产品质的飞跃。

  总体来看,中国变压器行业总体产品技术水平有了明显进步,但与国外产品相比,还存有一定差距,某些核心技术和产品对进口的依赖性依然很高。

  与常规工艺相比可节省大量的芯柱叠装时间,提高铁心叠装质量,该工艺适用于配电变压器铁心的自动化生产。②多级接缝铁心的应用。近年来,设计上为降低铁心接缝处的空载损耗,逐渐将传统的单一接缝改为多级接缝。国内变压器企业多采取局部阶梯接缝的做法,不仅能降低变压器空载损耗15%以上,而且能降低噪声3%~4%。③铁心片加工技术。20世纪70年代初,国内各变压器生产企业均采用国产硅钢片纵剪线和多剪床组成的简易硅钢片横剪线。目前,国内运行的硅钢片横剪切线除乔格公司独占鳌头外,瑞士阿尔斯通公司的产品也占有一席之地。

  气相干燥:20世纪80年代中期,国内沈变、西变和保变三大变压器厂率先从瑞士Micafil公司引进气相干燥设备。近年来煤油蒸发器又开发出内置式新产品,与传统的外置式蒸发器相比,两者各有利弊。变压器油处理:进入上个世纪80年代,随着国外先进油过滤设备的引进,国内油净化技术获得了长足发展。企业大多采用了先进的真空喷雾净油法,它的去杂质和脱水效果是其他方法不能媲美的。

  就变压器节能技术发展历史看,中国变压器历经了S6、S7、S9、S11等几个系列的替代过程,目前S9型节能产品成为市场主流,而S11节能型产品的市场规模正在增长。在推广S11的市场过程中,S11的销售价格比S9的平均高出14.2%,所以价格仍是影响S11变压器普及推广的主要因素。

  目前,新S9产品虽已占据大部分市场,但随着经济的发展,用户对“11”型产品的需求逐步增长。S11型叠铁心变压器是在新S9成熟的技术基础上设计开发的,在保持产品可靠性的前提下,其性能指标有了较大提高。与传统的叠片式变压器相比,S11卷铁心配电变压器具有节约原材料、节能、改善供电品质、噪音低和机械化程度高等特点。

  近年来,国外开发研制了全自动绕线机自动排线、自动张紧,提高了绕线的质量。直流换流变压器制造技术是目前世界变压器制造领域最尖端的技术之一,代表着变压器制造业的顶配水平。整体看来,组合化、低损耗、低噪声、节能环保、高可靠性将是未来变压器的发展趋势。随着用户对电能质量的要求慢慢的升高,是否会产生高次谐波、引起电压闪变和波动、对电网造成污染等也将成为判断变压器性能优劣的重要标准。此外,有利于环境美观的地下式变压器、防火性能好的干式变压器和低损耗的S11型油浸配电变压器等都将得到愈来愈普遍的应用。

  目前,变压器产品按电压等级分为高端变压器、220~500kV变压器、110~200kV变压器以及小于110kV的变压器。输变电线路的电压等级越高输变电能力越大,因而变压器整体发展趋势是电压等级将向750kV、1000kV发展,主要使用在在长距离输变电线路上。

  产品向节能化、小型化、低噪声、高阻抗、防爆型发展这类产品主要以中小型为主,如目前在城网、农网改造中被推荐采用的新S9型配电变压器,还有卷铁心、非晶合金、全密封、组合、干式、高燃点油、SF6气体绝缘等变压器。

  超高压大型变压器向大容量、轻结构、三相式和组合式方向发展城市变电站因选址困难和负荷集中,使变电站的设计容量趋大、选用电压等级趋高,500kV变压器将进入城市中心区域。500kV单台容量将突破1500MVA,220kV单台容量将突破300MVA,35kV单台容量将突破31.5MVA。

  另外,城市用变压器应具备高可靠性和节能、环保、低噪声、小型化等特点。城市中的变电站有时呈个性化设计,进而影响变压器的结构和外形、甚至冷却方式和型式。具体实际的要求表现在:①组合式。占地面积少,体检小,成本低。②模块化。标准模块化装配,通用性高,维修方便,供货迅速。③智能化。可自行实现无功调节,远方监控,操作方便。④艺术性。与环境相协调。⑤可移动性。重量轻,灵活移位安装,方便操作,适合使用的范围广。⑥足够的防爆能力。

  配电变压器向小型化、卷铁心、非晶合金、常温超导方向发展以电力变压器为例,它的具体发展趋势表现在:

  ④变压器技术经济指标将愈趋先进,高导磁低损耗硅钢片将在配变范围内逐步取代传统硅钢片,非晶合金配电变压器的应用将更加广泛。

  ⑥难燃油电力变压器由于其可结合耐高温绝缘系统,具有小型化趋势,安装地点更具灵活性。

  ⑧随着技术的成熟,电力电子器件性能的提高和成本的降低,电力电子变压器将在多个领域内得到普遍的应用,将实现数字电网的远景目标。

  由于我国电网建设明显滞后于电源建设,加剧了电力供应紧张的局面。同时,由于主网架相对薄弱,以及电网结构不合理,也限制了对供电资源的调配能力。

  为全面解决电网建设滞后的问题,落实中央逐步扩大内需、促进经济稳步的增长的部署,国家电网将投资规划由原来的“未来两年投资5500亿元”调整为“未来两到三年投资1.16万亿元”,年均投资额由2750亿元提高至3866亿元,提高幅度达到40%。在电网建设中,主干电网建设将成为电网投资的重中之重,国内220kV及以上输电网建设在未来两三年将处于景气周期。受益于直流超高压线kV及以上产品的增长将有所提速,高压设备生产企业将明显受益,这中间还包括超高压变压器。

  按照我国电站向大机组发展的趋势以及当前的输电模式,未来50%以上的电站将直接与500kV输电线kV输电线kV及以上输电网建设在2009年~2010年仍将快速地增长,2011年220kV及以上变压器的需求量将达到3.52亿kVA,2012年之后,国内220kV及以上变压器的需求也将出现饱和,考虑到产品更新换代的问题,220kV及以上变压器年均需求量将维持在3.5亿kVA。

  目前国内新建电厂中单机容量60万kW的机组慢慢的变成了主力机型,跟着时间的推移,装机构成中60万kW大型机组的比重将上升。《电力系统技术导则》规定,单机容量为500MW及以上机组,一般宜直接接入500kV电压电网。根据中国电器工业协会的数据,2007年国内发电设备企业60万kW和100万kW火电机组的产量为5260万kW,占当年火电设备总产量的比重达到53%。60万kW机组占比的增加,意味着需要建设更多的500kV输电线路,中间变电容量也会有所增长。

  为了提高电网的稳定水平,国家电网公司计划在“十一五”末期争取解开所有主网架重载输电主通道上的电磁环网,将累计打开500/220kV电磁环网62处,而解开上述电磁环网的基本手段就是强化500kV电网结构,实现500kV与220kV分层分区运行。

  对于一些已形成500kV电网主网架的大中城市,也存在随负荷的增加必须强化电网结构的问题。那些目前以220kV电网作为主网架的大中城市,也不排除未来建设500kV城市环网甚至双环网的可能。跟着时间的推移,预计500kV变压器的更新需求也将慢慢增长,到2010年国内年需求约为2.5亿kVA,2010~2015年年均需求预测将维持在2.2亿kVA的水平。

  我国超高压直流输电的应用主要是未解决能源中心和负荷中心地理位置相距较远的问题。水能和煤炭资源是我国电力能源供应的两大支柱,其中水能资源主要分布在西部,而且开发程度很低,不到15%;煤炭探明储量中华北和西北地区所占比例超过70%,开发潜力非常巨大。而我们国家的经济发达地区基本集中在京、津、冀、鲁、华东和华中东部四省以及南方的广东省,客观上需要从外部大规模调入能源。

  考虑到特高压直流输电线kV交流线路,我国制定了大规模建设高压直流输电线kV直流输电工程。根据规划,到2020年800kV特高压直流线亿kW。正在建设的云南-广东800kV和向家坝-上海800kV就是云南水电和金沙江水电送出特高压直流输电工程中的项目。预计到2015年,包括500kV和800kV在内的直流换流变压器的市场需求大约为400亿元。

  我国第一条特高压线路晋东南~南阳~荆门交流示范工程已于2008年底试运行。据了解,2010年前国网公司计划开工建设的项目还包括淮南~芜湖~浙北~上海、晋东南~南阳荆门二回和荆门~武汉、晋东南~

  、晋东南~陕北等多项特高压工程。“十一五”期间,国网公司特高压交流输变电工程建设线年,国网公司的目标是建成特高压交流变电站53座,变电容量3.36亿kVA,线万km。南网公司也有类似计划,预计到2030年建成“五交二直”的特高压电网。

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  与800kV直流换流变压器一样,1000kV特高压变压器也是单相变压器,单台容量为100万kVA,三台为一组。根据国网公司计划在2010年投运的特高压变电容量推算,除去晋东南~荆门示范性项目已经确定的8台,2010年前还将需要约30台。如果考虑到备用变压器,以及南网公司的特高压项目,所需特高压变压器将达到40台。

  根据国家发改委制定的《核电中长期发展规划》,预计到2020年,核电运行总规模将达到4497万kW,另有未完工核电建设规模1800万kW。核电建设规模的扩大将极大地提升高端变压器的市场空间。综合核电变压器招标的信息来看,一个完整的百万kW级机组共需要550kV/37MW变压器4台;220kV高压厂用变压器2台,220kV辅助变压器1台。2020年未完工核电建设规模为1800万kW,如果未来几年全部使用500kV或1000kV级别的变压器,则2020年以前核电建设所需变压器市场容量分别为49亿元和41.9亿元。

  总体看,中国变压器市场一直都在平稳中发展。随着新一轮电力投资热潮的来临,输变电设备制造企业在未来几年都将处于满负荷状态,呈现出产销两旺、十分景气的局面。而作为输配电行业一个重要分支的变压器制造业更是一路高歌。由于中国西电东送,南北互供,全国联网的实施,变压器需求仍将保持平稳增长的态势。

  变压器作为电力输配环节中重要甚至核心设备,跟着社会发展的需求,及社会生产对电力质量需求的慢慢地加强,在变压器的生产研发过程中,已慢慢的变多的将以下几大元素体现进来:

  随着物联网技术的不断深入应用,未来变压器将实现智能化控制,实现对各个节点的精细监控和调控,实现变压器的自动化运维,有效提高设备的可靠性、运行效率和安全性。

  在实现智能化的同时,将进一步提升变压器的能效水平,采用高效节能的设计理念,推动变压器技术的创新和进步。例如,采用新材料、新技术和新工艺,提高变压器的转换效率、降低空载损耗和负载损耗等,实现能源的节约利用。

  在变压器的生产制造和运行过程中,要积极推广环保理念,减少对环境的污染和损害。例如,通过改进生产的基本工艺和材料,减少对大气、水体和土壤的污染,同时提高变压器的密封性和耐久性,实现对环境的友好性。

  未来变压器将逐步实现数字化,使用先进的数字通信技术,实现信息的快速传递和共享,从而更好地满足能源互联网的需求。例如,通过云计算、大数据、人工智能等技术,实现变压器的运维管理、故障诊断和预测维护等多种功能。

  未来变压器将逐步实现自主化,通过自主研发和创新,推动变压器技术的发展和应用。例如,提高变压器的可靠性和安全性,减少对人工的依赖,实现设备的离线运行、在线控制和自助维护等多种功能。



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