大型电力变压器的电气设计相关问题分析与探究

大型电力变压器的电气设计相关问题分析与探究

发表时间：2019-01-16T11:24:58.027Z 来源：《电力设备》2018年第26期作者：黄汉棉

[导读] 摘要：社会用电需求与日俱增，推动了电力企业的发展，电力企业为满足社会用电需求，采用了大型电力变压器，但是大型电力变压器在运行过程中会产生诸多问题，比如损耗过大、噪声严重、抗短路能力不强等问题。

（佛山市顺德区威泰电力工程有限公司）

摘要：社会用电需求与日俱增，推动了电力企业的发展，电力企业为满足社会用电需求，采用了大型电力变压器，但是大型电力变压器在运行过程中会产生诸多问题，比如损耗过大、噪声严重、抗短路能力不强等问题。为进一步提升大型电力变压器的应用效果，电力企业需要对这些问题进行改进。本文通过对大型电力变压器的电气设计相关问题进行分析，并提出合理的建议。

关键词：大型电力变压器；电气设计；改进建议

引言：尽管大型电力变压器的应用，在一定程度上提高了电力企业供电的质量，但是在其应用过程中，依然存在着无法被忽视的问题，例如：能源损耗大、噪声严重、绝缘效果差等，这些问题的存在不利于变压器应用效果的发挥。为此，需要从电气设计着手，对大型变压器进行改进设计，以此来解决相关问题，提高其运行的效果。

一、损耗设计

损耗设计是大型电力变压器电气设计的重要环节，随着世界能源的日益枯竭，绿色节能环保已经成为社会发展的全新理念，我国为缓解日益突出的资源矛盾，出台了一系列的政策，例如：关闭一些生产效率低下的火电厂等，并取得了十分显著的效果，电力企业生产1千瓦电的用煤量由355克，下降为346克[1]。虽然上述节能政策看似与变压器电气设计毫无关系，实则不然，因为变压器作为供电网络中使用最为频繁的电气设备，如果其性能低下，则会在运行过程中浪费大量的电力能源，尤其是大型电力变压器，平均每年损失的电能约为

1000KW。为响应节能环保的发展理念，电力公司需要重视和着手大型电力变压器电气节能的设计，降低变压器运行过程中电能的损耗。

（一）空载损耗

变压器只要接入电网，就会存在空载损耗，这是无法被避免的，但是空载损耗的大小却是可以控制的，因此，供电公司应重视空载损耗的大小[2]。一般情况下，铁心是空载损耗的主要来源，磁滞损耗、涡流损耗和附加损耗共同组成了空载损耗。而影响空载损耗大小的因素有以下几种：一是毛刺大小；二是接缝大小；三是叠片工艺；四是接缝类型。

（二）降低空载损耗的建议

电力企业想要降低大型电力变压器的空载损耗，需要进行损耗设计，具体表现为以下方面：

第一，采用步进搭接结构。这种方式属于多级接缝，将其应用于变压器中可以使叠片接缝均匀分散，确保同一截面不会存在两种接缝，这样一来，会增加磁通转向的完成速度，从而对空载损耗和噪声进行有效控制。

第二，减少接缝间隙。如果电力变压器内部存在过大的接缝，则会提升接缝区域的磁密，铁心局部的电能损耗会就此提升。因此，需要对接缝距离进行控制，最好将其控制在1毫米之内，以此来降低电能损耗。

二、抗短路设计

（一）大型电力变压器存在的短路问题

传统变压器抗短路设计方法主要为手工计算，但这计算方式科学性和全面性相对较差。尤其是对于大型电力变压器来说，这种计算方法较为单一片面[2]。现阶段，引发电力系统短路的主要形式有三种：一是单相短路；二是双相短路；三是三相短路，在这三种短路形式中，三相短路的威胁程度相对较高，但由于环境条件的不同，短路危害程度也会随之发生变化，因此需要对其进行全面的设计，提高变压器的抗短路能力。

（二）选择合理的材料和结构形式

为有效解决变压器的短路问题，应结合变压器运行的实际情况，合理的选择材料和结构形式，对其进行科学的设计，提升变压器的抗短路能力。

首先，工作人员可以应用自粘换位导线，提高变压器的抗短路能力。这种导线与普通导线最大的差别为导线宽边涂抹了环氧漆，由于仅在宽边涂抹，因此使环氧漆聚集的可能性降至最低，并且这种导线可以在宽边位置进行粘合，导线的抗短路能力得到显著提升。

三、绝缘设计

（一）大型电力变压器绝缘问题

随着电力变压器额定容量的增加，其复杂程度也随之提升，油浸式电力变压器是我国现阶段主要应用的设备，变压器中主要绝缘的结构为油隔板形式，而绝缘设计的主要工作内容就是将这些绝缘材料合理的布置在变压器内部，以此来解决变压器存在的绝缘问题，确保变压器运行的稳定性。变压器绝缘主要由两部分组成，一是绕组间的绝缘；二是绕组端部对地绝缘。

（一）绕组间的绝缘

所谓的绕组间绝缘是指对绕组间的缝隙进行分隔，以此来促使绝缘实现厚纸筒大油隙向薄纸筒小缝隙的转变，绝缘设计的主要目标也相应发生改变，无局放绝缘成为设计的主要出发点。

在大型电力变压器绝缘设计中应用薄纸筒小缝隙绝缘结构时，需要注意调整结构的位置，尽量在中间位置上布置大油隙，而距离绕组近的地区则要布置小油隙，这种方法的使用可以降低绕组自身问题对变压器造成的影响，有利于提高变压器的绝缘能力[3]。此外，在满足变压器绝缘强度的基础上，在设计过程中，应在最大限度上缩减纸筒的厚度，从而使油中场强进一步下降。

（二）绕组端部对地设计

绕组端部对地绝缘是变压器主绝缘结构的重要组成部分。随着变压器性能的提高，其绝缘结构的复杂程度也随之提升。为确保其绝缘性能，需要对其进行绕组端部对地绝缘设计。如果在绝缘结构中存在铁轭，会致使绕组端的电场级无法均匀的进行分配，其对称性也无法得到保障，因而加剧了固体绝缘的压力，大部分固体绝缘的结构为滑闪型，其表面具有对电场进行分量的切线，一旦大量电力经过固体绝缘，会导致其出现局部放电现象，再加之受到电场的影响，局部放电会逐渐转变为沿面放电，继而对绝缘结构造成损坏。通过相关试验证明，致使绝缘结构损坏的主要原因为场强过大，具体指的是：绝缘结构油间隙电场强度小于电极周围场的强度，首先引发的是局部放电，然后会导致电场畸变，继而引发沿面放电，最终对绝缘结构造成损坏。因此，在进行端部绝缘设计过程中，重点控制的内容为降低端部场