高海拔变压器设计(保定天威)

刘振宇 赵清抗

保定天威集团

摘要：通过分析高海拔地区的特点，介绍了高海拔地区使用变压器的设计应注意的问题 关键词：高海拔 变压器设计

随着清洁能源的提倡应用，风能作为一种清洁能源得到了广泛推广，高海拔地区一般风能资源比较充裕，因此很多风电场项目落户在海拔相对较高的地区。

当变压器使用环境海拔高度在1000米以上，统称为高海拔地区，根据高海拔地区的特点，变压器在设计和制造上有以下几个方面需要注意：

1.外部绝缘距离的修正：

由于高海拔地区空气稀薄、气压低造成变压器散热困难和外绝缘性能降低问题。一般空气压力或空气密度的降低，在海拔至5000m范围内，每升高1000m，即平均气压每降低7.7~10.5kPa,外绝缘强度降低8%~13%，因此需要考虑变压器外部绝缘的加强。

目前一些用户对于高海拔地区使用的变压器的绝缘有一定的误区，其往往要求变压器在设计时要求对变压器的内绝缘进行修正，该要求对于油浸式变压器来说是没有必要的。由于油浸式变压器内部绝缘由于是变压器油起作用，所以内部绝缘与低海拔地区一样，因此对内部绝缘进行修正没有意义，只是变压器的制造成本，对于干式变压器而言，由于采用空气绝缘，因此需要考虑内绝缘的修正。

在设计油浸式变压器时，绝缘设计上要考虑对外部绝缘的加强，加大沿面（引出端子表面，一般为套管）泄露距离与对地放电距离，加大套管间与套管对地部件的空气间隙尺寸，以克服空气稀薄、气压低对变压器外绝缘的稳定性所造成的影响。

通常油浸式变压器外绝缘距离按海拔1000m以上时，以每上升100m为一级，每级加大空气间隙1%；干式变压器则按1000m 以上，每上升500m为一级，每级加大额定短时工频耐受电压值6.25%（即需要考虑变压器的内绝缘）。加大沿面泄露距离与对地放电距离，加大套管间与套管对地部件的空气间隙尺寸，以克服空气稀薄、气压低对变压器外绝缘的稳定性所造成的影响。

综上所述，当油浸式变压器引出端子（套管）的干弧距离满足同电压下（与线圈电压相等）由于海拔高度变化引起的带电间隙的增加，则不需要考核引出端子的绝缘水平，否则引出端子选用时需要考虑向上选用电压等级产品。

2.温升限值的修订：

在空气自冷、油浸自冷和油浸风冷情况下，变压器靠对流和辐射散出热量。单位面积散出的热量与周围空气密度有关。由于使用地点海拔高，大气压力下降，空气密度降低，引起对流散热效率下降，不利于变压器散热。由于周围空气的密度只是影响对流散热，当变压器采用管式油箱、片散式散热器或风冷却器时，应该考虑海拔高度对变压器散热的影响。当变压器采用水冷却作为散热方式时，可不考虑海拔高度对变压器温升的影响。

因此在设计变压器温升计算时要考虑海拔高度对变压器散热的影响，对温升限值而言，是以1000m以上的每500m为一级，侧得的温升不得超过按每500m为一级而降低的温升限值；油浸自冷每500m 降2%，油浸风冷嘲热讽及强油风冷嘲热讽为3%，干式自冷每500m降2.5%，干式风冷为5%。

如在1800m处运行的油浸风冷式变压器线圈平均温升限值为：

(65-2×0.03×65)≈61.1K

油面温升限值：

(55-2×0.03×55)≈51.7K

如果使用部门提供的高海拔运行地点的环境温度比正常规定的环境温度低，且符合每升高1000m降低5℃及更多时，则认为变压器在高海拔运行时，由于散热条件降低而使温升增加的影响已由环境温度的降低所补偿。用于高海拔地区变压器在正常海拔制造厂试验时温升限值可不予校正。

3.密封材料及涂漆要求：

高海拔地区，日照强度较大，变压器的密封件较容易老化变形，给变压器的正常运行维护带来隐患，因此在高海拔地区要求采用特殊的密封材质以避免由此带来的隐患。

由于高海拔地区紫外线强度较高，变压器油箱及所有外部组部件均需采用专用防紫外线油漆，以防止高海拔地区的强烈紫外线使变压器外表面在短期内变色，影响美观。

4.低压电气组件的选用

对于变压器所选用组件的低压电器产品主要从一下几个方面考虑：

4.1温度：

现有的一般低压电器产品,使用于高原地区时其动、静触头,导电体以及线圈等部分的温升随海拔高度的增加而递增,其温升递增率为海拔每升高100m, 温升增加0.1~0.5℃,但大多数产品均小于0.4℃.而高原地区气温随海拔的增加而降低,其递减率为海拔每升高100m,气温降低0.5℃.所以气温降低足够补偿由海拔升高对电器温升的影响,因此低压电器的额定电流值可以保持不变.对于连续工作的发热量大的电器,可适当降低电流等级使用.

4.2绝缘耐压：

由于普通型低压电器在海拔2500 m 时仍有60%的耐压裕度,而且通过国产常用的继电器与转换开关等的试验表明,在海拔4000 m及以下地区,均可在其额定电压下正常运行.

4.3动作特性.海拔升高时双金属片热继电器和熔断器的动作特性有少许变化,但在海拔4000 m以下时,均在其技术条件规定的特性曲线带范围内.国产常用热继电器的动作稳定性较好,其动作时间随海拔升高有显著缩短,根据不同的型号,分别为正常动作时间的40%~70%.但可在现场调节电流整定值,使其动作特性满足要求.

5.结论：

综上所述，由于高海拔地区使用地点的特殊性（空气稀薄、紫外线强度高、温度变化范围大等），为了使设计的变压器产品具有更好的经济适用性，要从外部绝缘、温升计算、密封材料的选用、低压电气原件的选用几个方面考虑，满足变压器在高海拔地区的安全运行。