變壓器安全性指標研究

一、無變壓器逆變器可降低復(fù)雜性并實現(xiàn)功率最大化

(一)、對整個行業(yè)來說，繼續(xù)增強性能、提高效率以及降低成本才是至關(guān)重要的。提高大型投資設(shè)備的質(zhì)量和性能是不斷增加收益的一種途徑，此外，逆變器的性能和效率與光伏模塊和數(shù)組同樣重要。例如，通常規(guī)模在1到2兆瓦的商業(yè)項目，在連接點位于大樓入口變壓器低壓側(cè)要求配有一至八個逆變器，并且每個逆變器都要配有單獨的、定制的隔離變壓器--即使變壓器已與逆變器集成。而真正的無變壓器設(shè)計的逆變器才能支持直接的連接，不需要任何其它的變壓器設(shè)備和定制修改，而且也不會產(chǎn)生系統(tǒng)平衡成本。對于那些中壓變壓器連接點在5到12.7千伏之間的公用安裝項目，可將多個無變壓器逆變器整合成一個大小適當?shù)臉藴手袎鹤儔浩鳌Ｗ儔浩骺梢苑旁陔妶龅娜魏挝恢?，以靠近逆變器是最合適的。

(二)、無變壓器逆變器技術(shù)和兩極數(shù)組配置

采用了無變壓器逆變器技術(shù)的太陽能光伏系統(tǒng)在發(fā)電時，光伏模塊和負載之間不需要任何變壓器--通常為高壓交流電 (HVAC) 設(shè)備和商業(yè)熒光照明。真正的無變壓器逆變器可將電力從逆變器直接轉(zhuǎn)換并傳輸?shù)剿截撦d中。這要歸功于采用雙極 ±600 VDC 數(shù)組配置。真正的無變壓器逆變器直接固定在建筑物的入口處，甚至是固定在一個尺寸足夠大的配電安裝板上。由于沒有隔離變壓器，從光伏模塊電源獲得的額外的1%到2%能源效率直接進入負載，在功率為500千瓦的時候，這意味著最低免費額外提供了5千瓦的輸出。此外，直接轉(zhuǎn)變成可用的電壓，而不是較低的單極逆變器交流電壓，而交流電電流降低一半以上，從而降低了交流電一端的電線成本。

(三)、無變壓器逆變器的尺寸約為傳統(tǒng)逆變器的一半，可直接轉(zhuǎn)換成更高的電壓，這就減少了所需占地面積、運輸和起重設(shè)備成本(加上遞增的設(shè)備墊板或公用機箱建造成本)以及連接繞組的大小和數(shù)量。目前，許多機構(gòu)都紛紛采用了無變壓器的逆變器技術(shù)，這種新的配置正在改變著行業(yè)面貌。

二、變壓器本體噪聲的高低也是衡量制造廠設(shè)計能力和生產(chǎn)水平的重要指標之一?，F(xiàn)從變壓器噪聲產(chǎn)生的機理出發(fā)，分析變壓器噪聲的形成、傳播及設(shè)計低噪聲變壓器采取的技術(shù)措施和計算方法。

(一)、 變壓器噪聲產(chǎn)生機理

變壓器的噪聲是由變壓器本體振動及冷卻裝置振動而產(chǎn)生的一種連續(xù)性噪聲。變壓器噪聲的大小與變壓器的容量、硅鋼片材質(zhì)及鐵心磁通密度等因素有關(guān)。

(1)變壓器本體產(chǎn)生噪聲機理：國內(nèi)外的研究結(jié)果表明，變壓器本體振動的根源在于硅鋼片的磁致伸縮引起的鐵心振動。

(2)冷卻裝置產(chǎn)生噪聲機理：冷卻裝置噪聲也是由于其振動而產(chǎn)生。冷卻裝置振動的根源在于冷卻風扇和變壓器油泵在運行時產(chǎn)生的振動;變壓器本體的振動通過絕緣油、管接頭及其裝配零件等，傳遞給冷卻裝置，使冷卻裝置的振動加劇，輻射的噪聲加大。

(二)、 噪聲的傳播路徑

變壓器通過空氣向四周輻射的噪聲是由兩部分組成，一部分是由鐵心繞組的振動通過結(jié)構(gòu)件和絕緣油傳給油箱，由油箱振動而產(chǎn)生的本體噪聲;另一部分是由冷卻風扇和變壓器油泵振動而產(chǎn)生的冷卻裝置噪聲。變壓器本體噪聲完全取決于鐵心的磁致伸縮振動。

(三)、降低噪聲變壓器技術(shù)措施及計算方法

(1)降低變壓器本體噪聲技術(shù)措施

1. 鐵心方面技術(shù)措施：一是選用磁致伸縮小的優(yōu)質(zhì)硅鋼片。二是降低鐵心的額定工作磁密。三是改進鐵心的結(jié)構(gòu)。

2. 改進鐵心與油箱機械連接方式：變壓器的本體噪聲有一部分是通過箱底和基礎(chǔ)傳播出去，還有部分通過箱蓋套管上導(dǎo)電結(jié)構(gòu)傳遞到母排上，如果在器身的底腳和油箱之間、油箱和基礎(chǔ)之間、母排與固定結(jié)構(gòu)件之間放置防振橡膠墊，就可使原來的剛性連接變?yōu)閺椥赃B接，從而達到減少振動、防止共振、降低噪聲的目的。

3. 改進油箱及其結(jié)構(gòu)：①為了降低油箱壁的振動幅度就必須提高整個油箱的剛性。提高剛性的方法是增加箱壁的厚度及增加加強鐵的個數(shù)，以及選擇較好的加強鐵形狀和焊接位置。②從聲學(xué)技術(shù)上常用密實沉重的材料把發(fā)聲體與周圍的環(huán)境隔絕起來，這種方法叫隔聲。隔聲構(gòu)件性能與它的單位面積重量有關(guān)，重量越重，隔聲效果就越好。③ 當油箱的自振頻率與變壓器本體噪聲基頻、諧波頻率相同或相接近時，就會發(fā)生共振，隔聲效果大大降低，在某些情況下甚至?xí)蔀樵肼暦糯笃鳌?/p>

(2)降低冷卻裝置噪聲方法

1. 選用低噪音冷卻風扇

2. 降低自冷式散熱器的噪聲。

3. 降低變壓器本體噪聲設(shè)計

三、保障變壓器安全成為變壓器極為重要的參數(shù)，因此要加強變壓器短路故障分析

1、繞組繞制較松，換位處理不當，過于單薄，造成電磁線懸空。從事故損壞位置來看，變形多見換位處，尤其是換位導(dǎo)線的換位處。

2、目前各廠家的計算程序中是建立在漏磁場的均勻分布、線匝直徑相同、等相位的力等理想化的模型基礎(chǔ)上而編制的，而事實上變壓器的漏磁場并非均勻分布，在鐵軛部分相對集中，該區(qū)域的電磁線所受到機械力也較大;換位導(dǎo)線在換位處由于爬坡會改變力的傳遞方向，而產(chǎn)生扭矩;由于墊塊彈性模量的因數(shù)，軸向墊塊不等距分布，會使交變漏磁場所產(chǎn)生的交變力延時共振，這也是為什么處在鐵心軛部、換位處、有調(diào)壓分接的對應(yīng)部位的線餅首先變形的根本原因。

3、繞組的預(yù)緊力控制不當造成普通換位導(dǎo)線的導(dǎo)線相互錯位。

4、抗短路能力計算時沒有考慮溫度對電磁線的抗彎和抗拉強度的影響。按常溫下設(shè)計的抗短路能力不能反映實際運行情況，根據(jù)試驗結(jié)果，電磁線的溫度對其屈服極限?0.2影響很大，隨著電磁線的溫度提高，其抗彎、抗拉強度及延伸率均下降，在250℃下抗彎抗拉強度要比在50℃時下降上，延伸率則下降40%以上。而實際運行的變壓器，在額定負荷下，繞組平均溫度可達105℃，最熱點溫度可達118℃。一般變壓器運行時均有重合閘過程，因此如果短路點一時無法消失的話，將在非常短的時間內(nèi)(0.8s)緊接著承受第二次短路沖擊，但由于受第一次短路電流沖擊后，繞組溫度急劇增高，根據(jù)GBl094的規(guī)定，最高允許250℃，這時繞組的抗短路能力己大幅度下降，這就是為什么變壓器重合閘后發(fā)生短路事故居多。

5、采用軟導(dǎo)線，也是造成變壓器抗短路能力差的主要原因之一。由于早期對此認識不足，或繞線裝備及工藝上的困難，制造廠均不愿使用半硬導(dǎo)線或設(shè)計時根本無這方面的要求，從發(fā)生故障的變壓器來看均是軟導(dǎo)線。

6、外部短路事故頻繁，多次短路電流沖擊后電動力的積累效應(yīng)引起電磁線軟化或內(nèi)部相對位移，最終導(dǎo)致絕緣擊穿。

7、繞組線匝或?qū)Ь€之間未固化處理，抗短路能力差。早期經(jīng)浸漆處理的繞組無一損壞。