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        模塊化變電站主變的改進(jìn)設(shè)計(jì)研究

        2020-06-26 06:24:57汪彥
        機(jī)電信息 2020年6期
        關(guān)鍵詞:改進(jìn)設(shè)計(jì)主變壓器模塊化

        摘要:模塊化變電站是在電網(wǎng)緊急狀態(tài)下轉(zhuǎn)移應(yīng)急負(fù)荷的一種便捷方式,傳統(tǒng)主變結(jié)構(gòu)形式已不能符合模塊化變電站應(yīng)急部署要求,急需進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì),以適應(yīng)模塊化變電站應(yīng)急使用。現(xiàn)針對(duì)整體方案、結(jié)構(gòu)與材料、引出線、散熱循環(huán)等技術(shù)要點(diǎn)對(duì)模塊化車載應(yīng)急變電站用主變壓器實(shí)施改進(jìn)設(shè)計(jì)。

        關(guān)鍵詞:模塊化;應(yīng)急變電站;主變壓器;改進(jìn)設(shè)計(jì)

        0? ? 引言

        模塊化應(yīng)急變電站采用車載形式,傳統(tǒng)車載變因體積受組裝和運(yùn)輸限制,其容量一般在20 MVA左右,而通用設(shè)計(jì)的110 kV變壓器容量一般在50 MVA,顯然傳統(tǒng)車載變不能與國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)相配套。為此,需要在主變壓器的結(jié)構(gòu)上創(chuàng)新改進(jìn),實(shí)現(xiàn)與國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)相配套。本次改進(jìn)主要針對(duì)目前車載變存在的如下缺點(diǎn):

        (1)變壓器安裝調(diào)試時(shí)間及高、低壓進(jìn)出線接口連接時(shí)間過長,達(dá)不到應(yīng)急需要。

        (2)變壓器容量達(dá)不到應(yīng)急需要,需提高容量,實(shí)現(xiàn)與國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)相配套。

        (3)目前車載移動(dòng)變技術(shù)形式不統(tǒng)一,沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)模塊,國網(wǎng)公司未能形成通用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和通用設(shè)備。

        1? ? 整體方案

        此次設(shè)計(jì)就110 kV大容量模塊化車載應(yīng)急變壓器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究,對(duì)變壓器外部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、抗震性能及如何實(shí)現(xiàn)快速接入負(fù)荷提出了新的設(shè)計(jì)方案并進(jìn)行了驗(yàn)證分析,以使移動(dòng)站用變壓器容量提升至50 MVA,并通過仿真分析驗(yàn)證了產(chǎn)品的電氣性能、結(jié)構(gòu)性能,以確保產(chǎn)品在運(yùn)輸過程中性能穩(wěn)定可靠。整體方案采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化設(shè)計(jì),產(chǎn)品具備移動(dòng)方便、安裝快捷、占地面積小、機(jī)動(dòng)靈活、易于深入負(fù)荷中心、可迅速投入使用等特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了與國網(wǎng)通用設(shè)計(jì)相配套,滿足了應(yīng)急需要。整體效果如圖1所示。

        2? ? 關(guān)鍵技術(shù)及解決情況

        2.1? ? 整體布置

        模塊化車載應(yīng)急變電站用主變壓器由于其運(yùn)輸方式為公路運(yùn)輸,同時(shí)其設(shè)計(jì)特點(diǎn)為現(xiàn)場免維護(hù),因此在整體布置設(shè)計(jì)時(shí)需特殊考慮。為滿足公路運(yùn)輸寬度尺寸限制,將傳統(tǒng)散熱布置結(jié)構(gòu)變?yōu)榉煮w散熱,散熱器與變壓器主體采用“一”字型布置,散熱器與變壓器主體通過輸油管路連接,散熱器數(shù)量20組,選用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻器。

        2.2? ? 鐵芯

        鐵芯采用優(yōu)質(zhì)冷軋晶粒取向高導(dǎo)磁硅鋼片,45°全斜接縫、拉板結(jié)構(gòu)、無孔綁扎鐵芯式,硅鋼片疊積采用一片一疊階梯接縫,可有效降低空載損耗和空載電流。

        鐵芯拉板采用無磁鋼板,并開隔磁槽,防止漏磁造成的局部過熱。鐵芯采用三相五柱式,較之三相三柱式結(jié)構(gòu),鐵芯高度降低量達(dá)到18%。同時(shí)芯柱采用TENAX捆帶綁扎,上下鐵軛側(cè)梁使用鋼質(zhì)拉帶加強(qiáng)拉緊結(jié)構(gòu),鐵芯整體使用聚氨酯粘合劑刷涂固化,增加片間強(qiáng)度,降低變壓器鐵芯噪聲水平。

        2.3? ? 引線

        在變壓器內(nèi)部,低壓引線銅排從低壓側(cè)鐵芯上端引向低壓出線端,引線銅排間連接、銅排與出線裝置連接均采用軟連接,銅排均采用大彎角折彎。高壓引線使用高密度層壓木制作的導(dǎo)線夾固定,夾持間距為300~400 mm。同時(shí)在高壓引線導(dǎo)線夾距油箱側(cè)增加兩層間距為7 mm的1.5 mm紙板來改變局部電場分布,減少高壓引線對(duì)箱壁絕緣距離。

        根據(jù)ANSYS仿真分析結(jié)果,箱壁近處電場強(qiáng)度2 469.77 V/mm,此電場強(qiáng)度遠(yuǎn)小于變壓器油擊穿電壓,該處場強(qiáng)滿足設(shè)計(jì)要求。

        2.4? ? 器身

        在繞組上下部設(shè)計(jì)有整體大壓板,具有足夠的強(qiáng)度和剛度。壓板上部每相布置四個(gè)彈簧壓釘壓緊線圈及絕緣件。線圈底部絕緣件開紙板槽,定位器身中絕緣紙板位置,防止器身絕緣結(jié)構(gòu)偏移、變形而導(dǎo)致的變壓器性能水平降低,同時(shí)保證油道暢通。

        線圈間主絕緣結(jié)構(gòu)根據(jù)多年的科研成果和生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)。仿真分析得出主絕緣電場分布和各部的場強(qiáng),并預(yù)留一定的裕度,使設(shè)計(jì)合理,保證產(chǎn)品的絕緣可靠性。根據(jù)器身的ANSYS仿真分析結(jié)果,高壓線圈端部拐角處電壓強(qiáng)度最高,其值為3.483 kV/mm,場強(qiáng)滿足設(shè)計(jì)要求。

        器身上部使用鐵芯與箱蓋深入式撐板撐緊結(jié)構(gòu),鐵芯夾件設(shè)計(jì)兩個(gè)160 mm×200 mm的方形金屬固定座,該固定座內(nèi)部采用加強(qiáng)板連接結(jié)構(gòu),油箱預(yù)留兩個(gè)升高座深入配合位置。

        器身下部采用縱向、橫向擋塊壓緊式結(jié)構(gòu),同時(shí)器身與下節(jié)油箱為定位釘多方位多點(diǎn)固定。根據(jù)設(shè)計(jì)方案,器身重量為36 100 kg,變壓器運(yùn)輸過程中加速度不大于3g,SoildWorks仿真分析結(jié)果顯示,定位釘最大變形量為3.293×10-6 m,遠(yuǎn)小于定位釘材料屈服強(qiáng)度,滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

        2.5? ? 冷卻器及進(jìn)出線裝置

        此次方案使用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻器取代傳統(tǒng)散熱器,在滿足變壓器溫升要求的同時(shí)大幅減小了變壓器外形尺寸及變壓器油的使用量,減少了變壓器的重量。

        在變壓器外部連接中廣泛使用快速接頭來保證變壓器現(xiàn)場的快速連接,該快速接頭由兩端法蘭及中部波紋聯(lián)管組成,具有可調(diào)節(jié)性,對(duì)現(xiàn)場具有位置偏差的管接頭有良好的連接性和密封性,便于現(xiàn)場迅速安裝調(diào)試,使變壓器快速投入使用。

        變壓器進(jìn)、出線及本體整體采用“一”字型布置,將高壓、中性點(diǎn)及低壓分別引至變壓器兩個(gè)長軸端,引出裝置可采用插拔式電纜接頭也可采用油紙電容式套管,避免安裝架空線裝置,可大幅縮小變壓器外部電氣絕緣距離。

        2.6? ? 油箱及儲(chǔ)油柜

        本方案油箱采用鐘罩式結(jié)構(gòu),上下節(jié)油箱通過自鎖螺栓連接。鐘罩箱沿法蘭采用雙密封結(jié)構(gòu),外層密封橡膠是阻止?jié)B漏油的第二道防線,能有效隔開外部環(huán)境陽光、大氣、紫外線等,使內(nèi)部密封圈的彈性壽命延長,增加密封可靠度。同時(shí)油箱加強(qiáng)結(jié)構(gòu)分布合理,使油箱能承受全真空(殘壓小于133 Pa)及0.1 MPa的正壓;油箱箱沿加限位方鋼,保證密封墊的彈性壓縮量,使密封面能有效密封,從而保證產(chǎn)品在各種路況運(yùn)輸中不出現(xiàn)滲漏油的現(xiàn)象。

        儲(chǔ)油柜為“方扁形”設(shè)計(jì),同時(shí)將氣體繼電器安裝位置設(shè)計(jì)于儲(chǔ)油柜側(cè)端,有效降低了變壓器整體高度以及變壓器整體重心高度,滿足公路運(yùn)輸尺寸要求。

        整體效果如圖2所示。

        2.7? ? 機(jī)械強(qiáng)度校準(zhǔn)

        機(jī)械強(qiáng)度在車載變電站中至關(guān)重要,車載變電站在運(yùn)輸過程中需要通過復(fù)雜的路況,主變壓器整體受到的力與常規(guī)站用變有很大不同。機(jī)械強(qiáng)度校準(zhǔn)可有效避免車載變電站在未來的投運(yùn)中可能出現(xiàn)的主變壓器器身、線圈偏移,油箱滲漏油等諸多機(jī)械問題。此項(xiàng)目中變壓器各部件均進(jìn)行了機(jī)械強(qiáng)度校準(zhǔn),性能滿足各類型使用情況要求。

        3? ? 結(jié)語

        本次主變壓器改進(jìn)設(shè)計(jì)的技術(shù)方案不僅適用于模塊化車載應(yīng)急變電站使用場景,也為其他模塊化變電站內(nèi)主變壓器的選型設(shè)計(jì)提供了一種有益的解決方案。當(dāng)然,本次研究還需要繼續(xù)通過制造、運(yùn)行實(shí)踐不斷完善技術(shù),并在材料、結(jié)構(gòu)、散熱、降噪等方面不斷加以改進(jìn)。

        [參考文獻(xiàn)]

        [1] 包紅旗.智能模塊化變電站[M].北京:中國水利水電出版社,2016.

        [2] 尹克寧.變壓器設(shè)計(jì)原理[M].北京:中國電力出版社,2003.

        收稿日期:2020-01-07

        作者簡介:汪彥(1975—),男,江蘇南京人,碩士在讀,高級(jí)工程師,研究方向:工廠預(yù)制式模塊化變電站。

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