※ 產(chǎn)品描述:
揚州市蘇博電氣有限公司
風(fēng)電箱變、油變, DDP-F,降成本
一、 引言
作為一種新型環(huán)保的發(fā)電方式,風(fēng)力發(fā)電正在被多國采用。作為風(fēng)力發(fā)電廠重要的接口設(shè)備,風(fēng)力發(fā)電箱變也隨之迅猛發(fā)展。 2007年9月中國政府公布了《再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》。其中風(fēng)電的目標(biāo)是2010年裝機(jī)500萬千瓦,實際上在2007年底已經(jīng)提前三年超額完成了, 2009年累計裝機(jī)達(dá)2627萬千瓦。根據(jù)《再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》,到2020年將達(dá)到裝機(jī)1億千瓦。風(fēng)電作為可再生能源,發(fā)展前景廣闊,與之配套的風(fēng)電箱變需求量劇增,競爭激烈。因此,有效的降低箱式變電站中變壓器部分的成本使其更具市場競爭力具有重要意義。
二、 降成本的思路
油浸式變壓器高低壓繞組之間的主絕緣通常是由絕緣紙板和油隙組成的,目前主要有兩種結(jié)構(gòu),*種是由一個厚紙筒將主空道的油隙一分為二的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu),第二種是由多個薄紙筒將主空道的油隙分為多個小油隙的結(jié)構(gòu)。其中低電壓等級的變壓器主空道比較小,一般采用*種主絕緣結(jié)構(gòu);高電壓等級的變壓器主空道比較大,采用第二種主絕緣結(jié)構(gòu),能夠降低電場強(qiáng)度,縮小主空道距離。目前35kV以上變壓器普遍采用薄紙筒小油隙結(jié)構(gòu)。由于薄紙筒小油隙結(jié)構(gòu)需要在高低壓繞組之間放置多層由絕緣紙板圍成的紙筒,并用撐條間隔開,造成主絕緣幅向尺寸偏大,影響高壓繞組的套裝,設(shè)計時需人為放大套裝的裕度,增加了變壓器成本。
為了降低成本,經(jīng)多方位、多角度的思考如何降低產(chǎn)品的成本。按以往的經(jīng)驗,電磁優(yōu)化計算能降低一點成本,但較少,一般不超3%。按原則規(guī)定的絕緣進(jìn)行計算,無論將高壓線圈設(shè)計為多層圓筒式或連續(xù)式,還是進(jìn)行橢圓線圈的設(shè)計,均不能明顯的降低成本。經(jīng)反復(fù)思考認(rèn)為:只有在絕緣結(jié)構(gòu)及尺寸尤其是主絕緣上進(jìn)行大的改進(jìn)才能有效的降低成本。改變主絕緣尺寸,必須考慮絕緣材料的電氣絕緣強(qiáng)度及機(jī)械性能,充分考慮絕緣結(jié)構(gòu)改變后的電磁場的分布。在此,經(jīng)認(rèn)真分析,相間采取了整體相間隔板,取消了鐵軛隔板,主空道處采取了由絕緣紙板、DDp-F、皺紋紙、油道組成的絕緣結(jié)構(gòu),端部采用了皺紋紙角環(huán)結(jié)構(gòu),將主空道尺寸及層間絕緣尺寸進(jìn)行了大幅度的壓縮。絕緣紙板、皺紋紙的電氣參數(shù)在一般資料上均容易查到,下面重點介紹一下DDP-F絕緣紙的性能。
三、DDP-F介紹
a) 材料名稱:DDP-F
b) 適用范圍及產(chǎn)品特點
DDP-F是將改性環(huán)氧樹酯呈菱格狀涂覆在DDP-F絕緣紙的絕緣材料,廣泛應(yīng)用于互感器、變壓器等電氣設(shè)備。
涂覆層在線圈干燥過程中達(dá)到一定溫度開始溶化,產(chǎn)生粘附作用,隨著溫度的上升又開始固化,使繞組的相鄰各層可靠的粘合成一個固定繞組單元。環(huán)氧樹酯的粘合強(qiáng)度足以防止短路時繞組各層的位移,從而保證了絕緣結(jié)構(gòu)長期的機(jī)械電氣性能。
DDP-F的樹酯涂層呈點狀,未有涂層的通道十分有利于空氣的排除和液態(tài)絕緣介質(zhì)的進(jìn)入,使電暈破壞和局放破壞減少到zui小值。由于DMD是在聚酯薄膜的兩邊得復(fù)合聚酯纖維無紡布后進(jìn)行上膠處理,與菱格上膠絕緣薄膜相比,能夠有效的防止由于單層聚酯薄膜容易產(chǎn)生的電暈破壞,而且能夠克服單層聚酯薄膜表面容易劃傷帶來的產(chǎn)品局放增大的隱患。
DDP-F屬于F級產(chǎn)品,與B級菱格點膠紙相比,可以將電氣設(shè)備的耐溫等級提高至F級,在同等容量下,變壓器類產(chǎn)品的體積可以縮小,節(jié)省了鋼材及銅材的使用量,降低了變壓器類產(chǎn)品的綜合成本。
DDP-F介電強(qiáng)度高于60kV/mm,可以有效的縮小絕緣的距離,提高變壓器類產(chǎn)品的填充系數(shù),有利于節(jié)約鋼材和銅材,降低了變壓器類產(chǎn)品的綜合成本。
DMD介常數(shù)為2.0,接近于變壓器油,通過電場分析計算可使變壓器類產(chǎn)品內(nèi)部電場分布更加合理,避免電場的過度集中,使產(chǎn)品運行更加安全可靠。
c) 0.1mm DDP-F主要性能參數(shù)
項目 | | 單位 | 檢測結(jié)果 |
材料密度 | | g/cm3 | 0.95 |
單面膠粘劑厚度 | | μm | 17.5 |
水分 | | % | 0.84 |
灰分 | | % | 0.11 |
水抽出物電導(dǎo)率 | | mS/m | 0.95 |
水抽出物PH值 | | | 6.5 |
吸油性 | | % | 6.7 |
粘結(jié)強(qiáng)度 | 常態(tài) | kPa | 815 |
100±2℃ | 589 |
拉伸強(qiáng)度 | 縱向 | N/10mm寬 | 69.3 |
橫向 | 80 |
斷裂伸長率 | 縱向 | % | 43.3 |
橫向 | 52.2 |
撕裂強(qiáng)度 | 縱向 | mN | 940 |
橫向 | 1400 |
擊穿電壓 | 空氣 | kV | 8.7 |
油中 | 9.5 |
對變壓器油的污染 | | | 1.2×10-4 |
介電強(qiáng)度 | 空氣 | kV/mm | 72.5 |
油中 | 79 |
體積電阻率 | | Ω.m | 1.4×1014 |
介質(zhì)損耗因數(shù) | | | 4.6×10-3 |
相對介電常數(shù) | | | 2.1 |
d)產(chǎn)品固化條件:
在90±5℃保持16小時的條件下固化,或在110±5℃保持6小時的條件下固化。固化后膠點不流失、不產(chǎn)生位移和變形。
e)產(chǎn)品規(guī)格
厚度:0.10 mm,0.17 mm,0.20 mm
幅寬:10~1100 mm
卷筒內(nèi)徑:76±2 mm
zui大外徑:500 mm
f)儲存條件:
應(yīng)貯存在不超過35℃的干燥、潔凈和通風(fēng)良好的場所,不得靠近火源、暖氣,避免日光直射。
儲存期:常溫下12個月。
四、 結(jié)構(gòu)方案
本方案在縮減主空道的同時采用了長圓鐵心結(jié)構(gòu)。高壓線圈為分段多層層式,低壓線圈為箔式。主空道組成:油道+固體絕緣+皺紋紙+油道。固體絕緣由0.5m厚的絕緣紙板與0.1mm厚的DDP-F絕緣紙組成,主空道所用皺紋紙與角環(huán)是一個整體,相間采用了U形成型相間隔板。層間絕緣全部采用了DDP-F絕緣紙,進(jìn)一步縮小高壓線圈的幅向尺寸并降低了層式繞組的校正溫升。
工藝過程:低壓線圈繞制完成后,在低壓表面首先放置簾式撐條,其次將0.5mm絕緣紙板和0.1mmDDP-F絕緣紙按照一定的厚度比例交替繞制在撐條表面,然后再纏繞皺紋紙并放置簾式撐條,zui后繞制高壓繞組。zui終,使高低壓線圈成為連續(xù)繞制在一起的整體,既提高了套裝的效率,又保證了高低壓之間的絕緣強(qiáng)度要求。注油時需半真空注油。 圖1絕緣結(jié)構(gòu)
五、仿真分析
表1均勻電場下允許擊穿場強(qiáng)(單位:kV/cm)
匝絕緣厚/mm | 油隙/mm |
3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
0 | 141 | 123 | 113 | 101 | 94 | 88 | 84 | 79 |
0.45/2 | 147 | 127 | 117 | 107 | 100 | 94 | 89 | 84 |
0.95/2 | 159 | 140 | 127 | 117 | 109 | 102 | 96 | 90 |
1.35/2 | 162 | 143 | 131 | 120 | 112 | 105 | 99 | 94 |
由表2可查出高壓繞組內(nèi)側(cè)油道為4mm、導(dǎo)線為漆包線時,擊穿場強(qiáng)為123kV/cm,由仿真分析曲線圖b)可查出主空道處zui大場強(qiáng)Emax=59kV/cm,安全系數(shù)=123/59/1.3=1.6,遠(yuǎn)大于zui小安全系數(shù)1.35。
b)線圈軸向1/4處幅向電場分布圖(V/m)
a)等電位線分布圖 c)線圈端部幅向電場分布圖(V/m)
d)高壓線圈端部軸向電場分布圖(V/m)
六.節(jié)材分析
ZGS11-1600 | 原方案(圓線圈高壓餅式低壓線繞) |
硅鋼片 | 23 | 1734 | 43350 |
銅線 | 60 | 796 | 50148 |
鋼板 | 12 | 2500 | 30000 |
變壓器油 | 10 | 2730 | 27300 |
小計 | | | 150798 |
| 優(yōu)化方案(長圓鐵心高壓多層層式低壓箔繞) |
| 單價 | 重量 | |
硅鋼片 | 23 | 1265 | 31625 |
銅箔 | 67 | 295 | 20945 |
漆包扁銅線 | 66 | 315 | 22050 |
鋼板 | 12 | 1780 | 21360 |
變壓器油 | 10 | 1830 | 18300 |
小計 | | | 114280 |
通過以上分析,節(jié)材前后的成本差150798-114280=36518元,節(jié)材效果明顯。
七、計算與試驗情況:
| 空載損耗(W) | 負(fù)載損耗(W) | 短路阻抗(%) | 高壓繞組溫升(K) | 低壓繞組溫升(K) | 油面溫升(K) |
計算值 | 1694 | 17240 | 6.56 | 64.9 | 63.6 | 49.3 |
實測值 | 1720 | 17480 | 6.86 | 64.1 | 64.5 | 51.2 |
本產(chǎn)品的樣機(jī)一次通過了型試試驗及出廠試驗。
變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)對變壓器的安全運行及制造成本有著直接的影響。目前的市場競爭更加激烈,進(jìn)一步改進(jìn)主絕緣結(jié)構(gòu),縮小絕緣距離,降低變壓器的材料成本,有利于企業(yè)擴(kuò)大市場,爭得更多的訂單,同時符合國家對產(chǎn)品環(huán)保節(jié)能的要求。
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