电力变压器新技术讲解课件.ppt
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1、w 电力变压器新技术电力变压器新技术w一、非晶合金变压器w二、干式变压器w三、超导变压器w四、电子式互感器非晶合金变压器w 电力系统包括发电、输电、配电、用电四个环节。w 变压器核心部件是铁芯和绕组w 农村电网中配电变压器损耗占农村电网损耗的6070%非晶合金变压器非晶合金变压器型号1、什么是非晶合金变压器w 非晶合金是以铁、硅、硼、碳、钴为原料,用急速冷却等特殊工艺使内部原子呈现无序化排列的合金。在铁、钴、镍、铬等金属中添加硅、硼、碳等非金属,将1400高温下一定比例的铁、硅、硼等混合热溶液,以相当于每秒冷却100万摄氏度的高速冷却。从溶液到薄带成品一次成型。由于高速旋转和冷却时的高温骤降,
2、合金箔的原子结构呈现无序排列,类似于玻璃,不存在通常金属合金所表征的晶体结构,故称其为“非晶合金”什么是非晶合金什么是非晶合金 w 我们先从非晶材料说起,在日常生活中人们接触的材料一般有两种:一种是晶态材料,另一种是非晶态材料。所谓晶态材料,是指材料内部的原子排列遵循一定的规律。反之,内部原子排列处于无规则状态,则为非晶态材料,一般的金属,其内部原子排列有序,都属于晶态材料。科学家发现,金属在熔化后,内部原子处于活跃状态。一但金属开始冷却,原子就会随着温度的下降,而慢慢地按照一定的晶态规律有序地排列起来,形成晶体。如果冷却过程很快,原子还来不及重新排列就被凝固住了,由此就产生了非晶态合金,制备
3、非晶态合金采用的正是一种快速凝固的工艺。将处于熔融状态的高温钢水喷射到高速旋转的冷却辊上。钢水以每秒百万度的速度迅速冷却,仅用千分之一秒的时间就将1300的钢水降到200以下,形成非晶带材。w非晶态合金与晶态合金相比,在物理性能、化学性能和机械性能方面都发生了显著的变化。以铁元素为主的非晶态合金为例,它具有高饱和磁感应强度和低损耗的特点。由于这样的特性,非晶态合金材料在电子、航空、航天、机械、微电子等众多领域中具备了广阔的应用空间。例如,用于航空航天领域,可以减轻电源、设备重量,增加有效载荷。用于民用电力、电子设备,可大大缩小电源体积,提高效率,增强抗干扰能力。微型铁芯可大量应用于综合业务数字
4、网ISDN中的变压器。非晶条带用来制造超级市场和图书馆防盗系统的传感器标签。非晶合金神奇的功效,具有广阔的市场前景。非晶合金铁心材料2、非晶合金的主要特点w 非晶合金铁心配电变压器的最大优点是,空载损耗值特低。最终能否确保空载损耗值,是整个设计过程中所要考虑的核心问题。当在产品结构布置时,除要考虑非晶合金铁心本身不受外力的作用外,同时在计算时还须精确合理选取非晶合金的特性参数。除此设计思路外,还须遵循以下三点要求:w(1)由于非晶合金材料的饱和磁密较低,在产品设计时,额定磁通密度不宜选得太高,通常选取1.31.35T磁通密度便可获得较好的空载损耗值。w(2)非晶合金材料的单片厚仅为0.03mm
5、,所以其叠片系数也只能达到82%86%。w(3)为了使用户能获得免维护或少维护的好处,现把非晶合金配电变压器的产品,都设计成全密封式结构。w变压器非晶合金结构特点 w利用导磁性能突出的非晶合金,来用作制造变压器的铁心材料,最终能获得很低的损耗值。但它具有许多特性,在设计和制造中是必须34保证和考虑的。主要体体现以下几个方面:w(1)非晶合金片材料的硬度很高,用常规工具是难以剪切的,所以设计时应考虑减少剪切量。w(2)非晶合金单片厚度极薄,材料表面也不是很平坦,则铁心填充系数较低。w2、非晶合金的主要特点w (3)非晶合金对机械应力非常敏感。结构设计时,必须避免采用以铁心作为主承重结构件的传统设
6、计方案。w(4)为了获得优良的低损耗特性,非晶合金铁心片必须进行退火处理。w(5)从电气性能上。为了减少铁心片的剪切量,整台产品的铁心由四个单独的铁心框并列组成,并且每相绕组是套在磁路独立的两框上。每个框内的磁通除基波磁通外,还有三次谐波磁通的存在,一个绕组中的两个卷铁心框内,其三次谐波磁通正好在相位上相反,数值上相等,因此,每一组绕组内的三次谐波磁通向量和为零。如一次侧是D接法,有三次谐波电流的回路,当在感应出的二次侧电压波形上,就不会有三次谐波电压的分量。w根据上面分析,三相非晶合金配电变压器最合理的结构为:w铁心,由四个单独铁心框在同一平面内组成三相五柱式,必须经退火处理,并带有交叉铁轭
7、接缝,截面形状呈长方形。绕组,为长方形截面,可单独绕制成型的,双层或多层矩形层式。油箱,为全密封免维护的波纹结构。非晶合金变压器使用效果非晶合金变压器使用效果w三相非晶合金铁心配电变压器与新S9型配电变压器相比,其年节约电能量是相当可观的。w以800kVA为例,P0为1.05kW;两种型式配电变压器的负载损耗值是一样的,则Pk=0,便可计算出一台产品每年可减少的电能损耗为:wWs=8760(1.05+0.620)=9198kW?h w通过该种规格产品的计算可知,三相非晶合金铁心配电变压器系列产品的节能效果非同一般。由于油箱又设计成全密封式结构,使变压器内的油与外界空气不接触,防止了油的氧化,延
8、长了产品的使用寿命,为用户节约了维护费用。非晶合金变压器发展前景非晶合金变压器发展前景w推广应用非晶合金铁心变压器不仅有良好的节能效益,而且还有环保效益。节能相当于减少发电量或少建火力发电厂,从而减少了发电厂排放的CO2、SO2和氮氧化物等。w非晶合金铁心配电变压器在国外早已使用并取得了成功经验。美国有100多万台非晶合金铁心配电变压器挂网运行;日本已有35万台在运行,目前世界上最大的5 000kVA的非晶合金变压器也在运行;欧盟国家也有应用;亚洲的印度、孟加拉国、韩国、泰国等国家都有非晶合金变压器制造厂。我国从20世纪90年代初开始生产和应用非晶合金变压器,但发展较为缓慢,推广的效果不很理想
9、。w三相油浸式非晶合金铁心配电变压器与S11型三相油浸式配电变压器相比,其有效材料消耗较大,制造耗费工时较多,因而成本较高。按目前材料价格计,前者的价格约为后者的1.3倍。这一价格与前些年相比,供需双方还是可以接受的,这就有利于大范围推广应用。另外,采购变压器不能只看价格,应对总费用(TOC)进行评估,看其在寿命期内的总成本是否最低。这也是国际上通用的方法。2005年6月,国家电网公司农电工作部在组织讨论非晶合金变压器标准时,已将此方法作为该标准的附录。w目前,除油浸式非晶合金铁心配电变压器外,根据市场和用户需要,又推出了多种非晶合金铁心变压器类产品:非晶合金铁心干式变压器、非晶合金铁心地下式
10、变压器、高燃点油非晶合金铁心变压器、非晶合金铁心组合式变压器(即美式箱变)、预装式非晶合金变电站(即欧式箱变)等等,其应用范围越来越广。非晶合金变压器发展前景非晶合金变压器发展前景w 非晶合金变压器若能完全替代新S9系列配变,如10kV级配电变压器年需求量按5000万kVA计算时,那么,一年便可节电100亿kW?h以上。同时,还可带来少建电厂的良好的环保效益,少向大气排放温室气体,这样会大大地减轻对环境的直接污染,使其成为新一代名副其实的绿色环保产品。w 总之,国家在城乡电力网系统发展与改造中,若能大量推广采用三相非晶铁心配电变压器产品,其最终会获得节能与环保两方面的效益。w 二、干式变压器w
11、 铁心和绕组都不浸在绝缘油中的变压器。一般用于安全防火要求较高的场合,如高层建筑的屋内变电所,地下铁道与矿井变压装置等。w 铁心结构与油浸式基本相同。线圈结构在容量为315千伏安以下时为圆筒式;315千伏安以上时,高压线圈为连续式,低压线圈为螺旋式或双饼式。二、干式变压器二、干式变压器w 随着我国经济建设的迅速发展,人民生活水平的不断提高,城乡用电负荷不断增加,无油、防火、寿命长、节能低噪、维护简单、安全可靠的干式变压器得以越来越广泛的应用。w 据有关资料统计,近20年来干式变压器得到了迅猛发展,特别是在配电变压器中,干式变压器所占比例越来越大,发达国家已占50以上;我国起步晚,近年大中城市中
12、约占3040,象北京、上海、广州、深圳等城市已达60以上 二、干式变压器w1、干式变压器具有下列特征:w(1)无油、无污染、难然阻燃、自熄防火。w(2)绝缘温升等级高:F级绝缘,变压器温升可达100K。SC(B)10系列温升下降了17K,进一步提高了变压器的过载能力和使用寿命。w(3)损耗低、效率高:SC(B)10系列总损耗比现行新国标(GB/T10228)平均降低19。如1000kVA,Po=1550W。w(4)防潮性能好,可在100湿度下正常运行,停运后不需干燥处理即可投入运行。w(5)体积小、重量轻,据有关人士统计,油变的外形尺寸为干变的2倍多。w(9)不需单独的变压器室,不需吊芯检修及
13、承重梁,节约土建占地和占空;因无油,不会产生有毒气体,不会对环境造成污染,不要集油坑等附属建筑,减少了土建造价。w(6)安装便捷,无须调试,几乎不需维护;无须更换和检查油料,运行维护成本低。w (7)从低噪、节能、防火、节省土建造价、运行维护管理费以及长达30年的寿命等综合技术经济性能比较,干式变压器显现出其明显的优越性。二、干式变压器w2、干式变压器形式 w 开启式:变压器身与大气相通。由于空气的绝缘强度和散热性能都比油差,故以空气为绝缘的干式变压器,其材料消耗要比油浸式为多。干式变压器一般都采取自冷式,对于较大的干式变压器,为加强散热效果也有用强迫风冷式的。这种干式电力变压器用在地下铁道、
14、公共建筑物及车间内部等环境比较干燥清洁而防火要求较高的场所。封闭式:用在与外部大气不相通,环境恶劣的地方。由于密封后散热条件差,所以主要用于矿井。浇注式:用浇注的环氧树脂作为绝缘介质和散热媒介。这种变压器结构简单、体积小、重量轻,主要用作小容量配电变压器。二、干式变压器w3、干式变压器结构特点 w主要结构特点是指变压器铁芯和绕组的特点。w1.铁芯 采用优质冷轧晶粒取向硅钢片,铁芯硅钢片采用45度全斜接缝,使磁通沿着硅钢片接缝方向通过;2.绕组 有以下几种:(1)缠绕式;(2)环氧树脂加石英砂填充浇注;(3)玻璃纤维增强环氧树脂浇注(即薄绝缘结构);(4)多股玻璃丝浸渍环氧树脂缠绕式;(一般多采
15、用3,因为它能有效的防止浇注的树脂开裂,提高了设备的可靠性)3.高压绕组 一般采用多层圆筒式或多层分段式结构;4.低压绕组 一般采用层式或箔式结构。二、干式变压器干式变压器的种类、型号、分类、特点、应用和发展 w干式变压器分类有很多种方法,如按型号分,有(环绕树脂浇注包封式)、(非环绕树脂浇注固体绝缘包封式)、(敞开式)。也可按等级分,有、和级。有些外国在和之间还有级。它们的温度限制见表。w一般来说,干式变压器型号如下图:SC(B)-/一般:S-三相变压器;C-树脂绝缘;(B)-低压箔式绕组;第一个-性能水平代号(设计序号);第二个-额定容量(KVA);第三个-电压等级(KV)超导变压器现场应
16、用三、超导变压器超导的抗磁性现象使超导体在磁铁上悬起来三、超导变压器各种超导材料制成的电线样品利用超导特性制成高速磁悬浮列车三、超导变压器w 氮是世界上销售量最大的无机化学品,有着广泛的商业和技术应用。作为液体,氮用于食品冷冻、塑料和橡胶抛光、冷却、金属处理、金属喷镀和其它同温度相关的应用。第一台高温超导变压器第一台高温超导变压器w 我国自主研制成功的第一台高温超导变压器样机近日顺利通过了各项试验检测。这是继美国、瑞士、德国、日本等少数几个国家之后,我国研究成功的首台三相高温超导变压器样机,混合机二次侧输出电流是目前世界上最大的,这为下一步研制实用型高温超导变压器打下了可靠的技术基础。中国科学
17、院电工研究所副所长肖立业研究员介绍,在国家“863”重大项目和新疆特变电工股份有限公司的支持下,该所从2002年起开展三相630kVA105kV高温超导变压器的研究与开发,在短短的一年时间内,取得了一系列具有自主知识产权的高新技术成果。目前,630kVA105kV高温超导反应釜变压器的研究开发工作正在加紧进行,预计明年年底完成全部研制工作,并进行挂网示范运行。高温超导变压器高温超导变压器w 中科院电工所王银顺研究员说,超导变压器具有效率高、体积小、无环境污染以及无火灾隐患等优点,被公认为最有可能取代常规变压器的高新技术。简单地讲,高温超导变压器在以下两方面大有可为:在传统的变压器中,绕组中的铜
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