电缆变压器

电缆变压器（精选3篇）

电缆变压器 篇1

一、简介

随着我国的水力资源大范围开发, 而有些地区的地理位置的特殊性, 使得水电站需要建设在地下或山洞内;城市电网容量的扩大, 而土地资源限制, 使得变电站的面积逐渐缩小, 而且需要将变压器放置在室内。这样就需要使用电缆将电能输送到地面或户外。

变压器在地下或室内安装时, 变压器和电缆之间的连接如果还像地面上那种, 由普通套管在空气中连接的方法, 为保证有足够的绝缘距离, 必然占有很大的空间。这样也就损失了变电站内很多空间。因此, 这种变压器可以采用电缆出线。实现变压器电缆出线, 可以使用多种方法, 可以将电缆终端与变压器出线套管组装在一密封的油箱中, 或者直接将电缆终端 (电缆插拔头) 直接与高压线圈出线相连。

这两种电缆出线是放在变压器油中, 所以变压器连同接线盒的体积可以做的很小, 不仅可以减少地下电站、室内电站厂房的占地面积, 而且在电器绝缘方面也是非常可靠的;同时, 高压引线是完全密封的, 这样也可以避免触电事故的发生, 目前我国电缆出线已经用到220k V、330k V, 根据发展的需要, 电缆出线在各种电压等级上的应用将日趋广泛。

这种电缆出线从其形状上来说一般均称为象鼻式出线。

如上所述, 按电缆终端接入变压器结构的不同分为如下两种方式:

1. 直接引出方式:

这种方式是直接将电缆终端 (电缆插拔头) 插入变压器油箱内, 直接与变压器引线相连接的结构。一般应用在110k V及以下电压等级的变压器上。国外也有用于275k V的变压器上。这种方式对缩小变压器的体积是最有利的, 也是变压器最希望的, 因为他可使变压器的结构紧凑, 不占更多的结构尺寸, 但从使用维护及事故的判断等方面是困难的。

2. 间接引出方式:

这种方式是将电缆终端通过一个中间过渡套管, 同变压器引线连接的结构, 一般适用在高电压上采用, 目前国外已有用于400k V变压器上。

与直接引出方式相比, 间接引出方式不可避免地使变压器体积增大, 但是它有一些突出的优点, 如:

(1) 当变压器或电缆终端任一元件发生故障时, 不会相互影响, 可以方便的查明事故的原因, 并容易排除;

(2) 当电缆终端和变压器出线过渡套管检修时, 不需要放出大量的变压器油;

(3) 变压器工地安装方便, 可先将变压器安装就位后, 再安装电缆终端;

(4) 便于电缆终端在安装后的直流电压试验;

(5) 可以安装电流互感器, 对变压器进行保护;

(6) 连接处基本上以螺栓连接为主, 连接较为牢固, 安全性高。

二、220k V变压器电缆出线在我公司的应用

目前220k V大型电力变压器上采用电缆出线结构已经试制成功。为了安装、使用和维护方便, 便于变压器与电缆终端各自试验, 我公司生产的这台产品选用间接引出方式。

这台产品是我公司为天津大邱庄变电站设计生产的三线圈有载调压变压器, 型号为:SFSZ10-180000/220。之所以采用电缆出线, 是因为该变压器位于室内, 使用电缆与外部GIS等部件相连接。使用电缆出线, 可以减小变压器室的空间。

项7电缆中终端是插入变压器的出线装置项3中, 通过项5引线电缆, 与项4油油套管相连接。在通过油油套管, 将电能引入、引出变压器。电缆终端与油油套管的外部介质是与变压器本体相同的高绝缘性能的变压器油。因此和在空气中连接相比, 其长度就可以大为缩短, 约为空气中的1/3~1/4。在这里, 中间介质也就是油油套管是不可缺少的, 因为目前好多电缆终端没有接地部分, 或接地部分很短, 无法安装电流互感器。安装油油套管不仅可以为安装电流互感器提供平台, 而且还可以方便变压器的例行试验。油油套管也有试验抽头, 即套管末屏抽头。由于套管浸在变压器油中, 无法完成试验, 在这里, 我将套管末屏抽头引出至出线装置壁外, 使用专用的连接电缆将其引出, 便于试验。

项3油油套管出线装置中的变压器油与变压器本体中变压器油是相通的, 当由与温度等原因使得出现装置中油膨胀时, 会通过出线装置上部的联管, 将油导入储油柜中。出现装置下部与本体相连的联管上放置了球阀, 这样就能达到不放变压器本体中油便可检修电缆终端和出现装置及油油套管上部的目的。

出现装置、电缆终端以及出现装置中变压器油的重量大约4吨, 为保证出现装置不变形, 采用项8, 16mm厚的钢板支撑在变压器油箱上。这样不仅使出现装置不会因为重力变形, 而且没有占用变压器以外的其他空间。

三、结束语

变压器采用油油套管、电缆终端间接出线对我们来说还是第一次使用, 虽然产品已经投入运行, 但是在结构上还是有好多问题;与国外的先进的电缆出线结构相比, 无论从设计角度还是从生产工艺角度看, 我们还有好多需要改进的地方。

电缆变压器 篇2

关键词：电缆夹层,变压器,发热量计算

目前, 考虑到安全及维护管理方便等需要, 大部分开闭所及变配电所都采用电缆夹层来进行电缆敷设。本文中涉及到的某厂房可控硅室由于其工艺需要大量的电加热, 使得可控硅室内需设置16台变压器 (4台1 600/10/0.4V用于普通动力配电;4台2 000/10/0.4V、2台2 000/10/0.69 V、5台2 500/10/0.4 V、1台2 500/10/0.69 V用于工艺电加热系统) , 由于有大量的电缆敷设, 因此厂房在可控硅室及#1~#4试验区下面设置电缆夹层。

由于可控硅室中的很多变压器、电缆夹层有大量电力电缆, 当运行时, 变压器和电缆会产生很大的散热量, 如果可控硅室和电缆夹层内温度过高, 会造成设备及电缆的损害, 因此对可控硅室及电缆夹层内进行散热计算分析是非常必要的。

本文就以本次涉及的厂房可控硅室和电缆夹层为例对变压器及电缆散热量进行计算分析。

1 电缆夹层发热量计算

电缆夹层作为一个相对封闭的空间, 其内部的热量主要来源于电流通过电缆时转换产生的热量。但由于在电缆夹层内要准确地获取电缆表面对流换热系数是很困难的, 而且在电缆导体温度变化时, 导体的电阻率也会发生变化, 通过相同电流时, 导体发热量也会不同。因此要精确地计算电缆夹层内的电缆发热量是很困难的, 但根据能量守恒定律可以得到, 电流通过载流电缆的损失基本上都转换成了热量散发到电缆沟内, 因此电缆的热损失功率可以近似等效为电缆夹层电缆的散热量。

电缆夹层电缆发热主要集中在可控硅室下方电缆夹层的主电力电缆上, 其余部分电缆均为小电缆, 小电缆发热量很小, 总累计不超过1k W, 可以忽略不计。主电力电缆截面积为4×150+1×70 (mm2) , 极端状态为各调功器满载运行, 电流达到最大值, 并且处于夏季, 室内温度达40℃, 此时电缆导体温度为电缆线芯计算最高温度90℃ (这时导体电阻最大) 。功率最大状态为三相满载, 此时N线、PE线流过电流忽略, 主要计算L1、L2、L3中流过电流发热量。

1.1 确定电缆芯电阻率

根据查表可知铜导体在温度20℃时电阻率ρ=1.69×10-8Ω·m, 因此150mm2铜芯电缆导体在20℃时每千米理论电阻可计算得到:

但根据电线电缆常用数据速查手册查表得到150mm2铜芯电缆在20℃时导体直流电阻为0.124Ω/km。数据手册查到的铜导线电阻值与理论计算电阻值有一定的差异, 这是因为数据手册采用的电阻值是参照实际电缆数据得出的, 实际电缆与理论计算中的铜芯纯度具有差异。根据实际情况, 本文计算采用数据手册中查询到的数值。

当电缆导体温度为90℃时, 导体电阻值可计算得到: (铜导体电阻温度系数为3.93×10-3/Ω)

1.2 发热量与可控硅室电加热系统的关系

由于可控硅室系统设备间歇运行, 但当功率为Pa=0.5Pm时, 电流Ia=0.7Im, 并且有最高谐波量, 由于高次谐波在导体中有较为明显的集肤效应, 故此时应乘以系数K (本文中, K取保守值1.20) 。

此时:

因此最大功率时计算的发热量值也是安全的。

1.3 平均负载系数

考虑到可控硅室80台调功器不可能全部开到最大输出并同步长时间运行, 结合试验工艺方提供的试验特点曲线, 计算出平均负载系数为

1.4 电缆实际流过最大电流时可控硅区地下电缆夹层发热量计算

由于80台调功器用于切换向#1~#4区现场接线柜供电, 每台调功器分三路或者四路。其中, 70台调功器分三路, 10台调功器分四路, 本文按均分三路计算。同时, 可控硅区电缆夹层电缆占总电力电缆长度的70.9%, 这部分电缆在试验过程中满载时, 各调功器全部工作, 室内温度达到最大值。

本文对应各调功器进行各电缆发热量计算:

1) 3P690-500HF调功器

标称功率597k VA, 电压690V, 电流500A, 两根电缆并用每根电缆电流为250A。

2) 3P400-495HF调功器

标称功率342k VA, 电压400V, 电流495A, 两根电缆并用每根电缆电流为247.5A。

本文对以上两种电缆合并计算发热量, 取电流值为250A。

此部分调功器电缆总长度为10.215km, 因此此区域电缆发热量为:

3) 3P400-280HF调功器

标称功率197k VA, 电压400V, 电流280A, 使用单根电缆, 电缆电流为280A, 此部分调功器电缆总长度为8.444 7km, 因此此区域电缆发热量为:

因此, 试验过程中满载时电缆实际流过最大电流时可控硅区地下电缆夹层总发热量为:

1.5 电缆实际流过最大电流时#1~#4区地下电缆夹层发热量的计算

#1~#4区主电力电缆长度分别占电缆总长度的7.1%、7.1%、7.45%、7.45%, 本文为简化计算, 均近似取7.5%, 这部分电缆在试验过程中满载时, 各调功器全部工作, 室内温度达到最大值。

本文对各调功器进行电缆发热量计算:

1) 3P690-500HF调功器

标称功率597k VA, 电压690V, 电流500A, 两根电缆并用每根电缆电流为250A。

2) 3P400-495HF调功器

标称功率342k VA, 电压400V, 电流495A, 两根电缆并用每根电缆电流为247.5A。

本文对以上两种电缆合并计算发热量, 取电流值为250A。

此部分调功器电缆总长度为10.215km, 因此此区域电缆发热量为:

3) 3P400-280HF调功器

标称功率197k VA, 电压400V, 电流280A, 使用单根电缆, 电缆电流为280A。

此部分调功器电缆总长度为8.444 7km, 因此此区域电缆发热量为:

因此, 试验过程中满载时电缆实际流过最大电流时#1~#4区地下电缆夹层总发热量为:

2 变压器发热量计算

变压器工作情况分为2种:普通负荷变压器负载率70%左右, 较为稳定工作, 发热量按Q3-0计;电加热用变压器工作状况在一个试验周期内分为3个阶段, 在试验开始前40 min设备满功率运行, 发热量按Q3-1计, 变压器负载率如表1所示。

在试验中期 (40~100min) 设备50%功率运行, 变压器负载率50%, 发热量按Q3-2计, 在试验后期 (100~120min) 设备满功率运行, 变压器负载率同表1所示, 发热量按Q3-3计, 理论上Q3-1=Q3-3。

本文利用两种计算方式来进行变压器发热量计算的推导:

(1) 根据北京市建筑设计技术细则 (设备专业) 提供的变压器发热量计算公式:

式中, Q为变压器发热量;K1为变压器效率, 一般取98%;K2为变压器负载率;K3为变压器功率因数, 本项目取0.9;W为变压器容量 (k VA) 。

(2) 根据变压器厂商提供的变压器发热量近似计算公式:

式中, Q为变压器发热量;N1为额定空载损耗, 查表得到;N2为变压器额定负载损耗, 查表得到;K1为变压器负载率。

根据上述两种方式计算变压器发热量。

按照 (1) 所述公式进行变压器发热量计算得:

取Q3-1、Q3-2、Q3-3中最大值计入变压器发热量, 变压器总发热量为:

按照 (2) 所述公式进行变压器发热量计算, 其中变压器额定空载损耗和额定负载损耗如表2所述。

因此发热量计算结果为:

取Q3-1、Q3-2、Q3-3中最大值计入变压器发热量, 变压器总发热量为:

根据上述计算发现采用两种方式出现的结果差异较大, 下面根据变压器厂家给出的试验数据 (如表3~7所述) 对上述结果进行对比。

取Q3-1、Q3-2、Q3-3中最大值计入变压器发热量, 变压器总发热量为:

经过试验数据与两种方式计算的结果相比较发现, 2式计算出来的结果与试验数据差不多, 而1式得出的结果与试验结果差别很大。

根据功率等于电流平方乘以电阻, 可以得知损耗功率也应该与负载电流平方成正比, 而1式中损耗功率是与负载率成正比, 与实际是有出入的, 因此根据1式进行发热量计算是错误的。

而2式给出的公式由于是从总损耗等于空载损耗加负载损耗演变而来, 因此从原理上以及计算出来的结果与试验数据比较上来说都是合理的。

3 结论

电缆及变压器在运行过程中发热, 会使得电缆夹层及变电所内温度升高, 如果电缆夹层及变电所内的温度过高, 会造成电缆及设备老化, 严重影响电缆及设备的性能, 因此通过本文对电缆夹层及变压器散热的计算分析, 可以很清晰地近似计算出电缆夹层及变电所的散热量, 为暖通专业进行电缆夹层及变电所的通风设计提供了必要的基础条件。

参考文献

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[2]Xiaozhe#space2;#Wang, Hsiao-Dong#space2;#Chiang.Numerical#space2;#Investigations#space2;#on#space2;#Quasi#space2;#Steady-State#space2;#Model#space2;#for#space2;#Voltage#space2;#Stability:Limitations#space2;#and#space2;#Nonlinear#space2;#Analysis[M].International#space2;#Transactions#space2;#on#space2;#Electrical#space2;#Energy#space2;#Systems.2012.

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[4]中国航空工业规划设计研究院等.工业与民用配电设计手册[M].北京:中国电力出版社, 2005.

电缆变压器 篇3

罐区2#低配经改造完成, 值班人员对380V II段母线进行恢复送电, 4#变压器 (4#变带罐区2#低配II段母线运行) 在进行电压冲击试验后均正常。4#变送电后, 值班人员发现II段母线进线开关存在负序电压, 经核相后发现4#变相序错误。

核相得到数据如下:

其中Ua3、Ub3、Uc3表示3#变所带罐区2#低配380V I段母线各相电压, Ua4、Ub4、Uc4表示4#变所带II段母线各相电压。

根据以上三组数据画出4#变低压侧三相电压的向量图, 根据向量图分析, 得出结论:4#变一次侧的A相与B相反接。施工人员将4#变一次侧A相与B相调换后, 再进行核相, 并查看II段母线进线开关数据, 均正常。

二、故障分析

罐区2#低配变压器都采用Dy11接法, 变压器一/二次侧的相电压及线电压向量图如下:

(a) 一次侧相电压及线电压向量图 (b) 二次侧相电压及线电压向量图

变压器一次侧为三角形接法, 由图可知, 各线电压等于相电压 (UAB=UA, UCA=UC, UBC=UB) , 以一次侧线电压UAB为分针, 指向12点的方向, 二次侧线电压Uab为时针, 由图可知, 其超前UAB30∘, 指向11点的方向。

已知3#变与4#变二次侧各相电压均为230V, 由U (a4a3) =460V可知, 根据余弦定理公式:

可以算出Ua4与Ua3的夹角为180∘。

据以上分析, 我们可以画出4#变与3#变二次侧各相电压的向量图, 如图3所示。

由图2可以看出3#变二次侧a相电压超前b相电压120∘, b相电压超前c相电压120∘, 为正序电压。4#变c相电压相比于3#变相电压顺时针旋转了60∘, b相电压超前a电压120∘, a电压超前电压120∘, 为负序电压。

已知变压器一次侧及二次侧各对应相电压 (A相对应a相, B相对应b相, C相对应c相) 极性相同, 因此其各对应相电压方向也相同。根据图3所示4#变二次侧各相电压向量图, 可以画出4#变一次侧各相电压向量图, 如下所示。

将图3 (故障情况下4#变一次侧各相电压向量图) 与图2 (a (正常情况下4#变一次侧各相电压向量图) 相比较, A相电压逆时针旋转了60∘, B相电压反转了180∘, C相电压顺时针旋转了60∘。根据4#变一次侧各相电压角度变化关系, 我们可以得出结论:产生此故障原因是4#变一次侧电缆相序接错, A相电缆与变压器一次侧B相端子相连接, B相电缆与变压器一次侧A相端子相连接。

三、故障原因

罐区2#低配3#变及4#变在改造之前, 一次侧长期运行在负序电压之下, 如图4所示。

变压器二次侧各相电压均为负序, 对于二次侧所带设备的安装、运行及维护带来诸多不便。因此, 趁本次罐区2#低配改造的机会, 纠正变压器一次侧的接法。

3#变经改造之后, A相与C相互换, 恢复正常。4#变在安装过程中, 施工单位不慎将变压器一次侧B相与C相接反, 后被告知将A相与C相互换, 施工单位在未纠正B相与C相接反错误的情况下, 又将A相与C相互换。

结论

两台变压器并联运行必须满足下列三个条件:

1. 两台变压器一、二次侧绕组的接线组别应该相同;

2. 两台变压器一、二次侧绕组的额定电压必须相等, 即电压变比相等;

3. 两台变压器的短路电压 (阻抗电压) Uk的百分数应该相等 (即电阻压降分量Uka%和电抗压将分量Ukr%应分别相等) 。

罐区2#低配I段母线和II段母线需要并联运行时, 在正常情况下, 两台变压器满足上述条件, 并且两段母线各对应相电压大小相等, 方向相同, 可以并列。当4#变压器一次侧A相与B相电缆接反, 造成低压侧相序错误, 此时两段母线各对应相电压之间会有角度差 (具体如图3所示) , 已知变压器的短路阻抗Uk%=4.5%, 额定电流I=1800A, 此时, 可用如下公式算出两台变压器并联运行时的环流电流:

已知Ub4与Ub3的夹角及 的相位夹角均为60∘, 则:

因此, 在相位相差60∘时, 环流电流为20000A, 近似为额定电流的11倍。

已知Ua4与Ua3的相位夹角为180∘, 则:

因此, 在相位相差180∘时, 环流电流为40000A, 近似为额定电流的22倍。

合环时, 二次侧开关流过那么大的合环电流时容易烧坏, 如果保护不到位的话变压器也会被烧毁。

此外, 任意两相电缆相序接反, 如果二次侧带电动机的话, 都会造成电动机反转甚至堵转, 严重影响生产, 甚至可能产生人身伤害事故。因此, 在新安装的变压器投用之前, 严格核对一次侧及二次侧相序, 确保电缆接线无误, 至关重要。

摘要：罐区2#低配经改造完成, 4#变压器恢复送电后, 在380V II段进线开关上发现存在负序电压, 经过核对相序, 并对结果进行分析, 发现4#变压器一次侧电缆相序接反。本文主要是对Dy11接线组别变压器一次侧电缆相序接反, 对二次侧的影响以及可能产生的事故作分析和研究。