应俊　阮万江　周洁　（大庆油田电力集团电力工程技术服务公司）



油田10 kV采油井配电变压器节能降耗技术研究与应用

应俊阮万江周洁（大庆油田电力集团电力工程技术服务公司）

目前，大庆油田有1.5万台在用的10 kV高耗能变压器，如果直接更换为新型节能变压器，投资太大，最好的方法就是对高耗能变压器进行改造。通过对10 kV油浸配电变压器的绝缘结构、技术性能指标及数据进行分析，提出了节能技术改造方案。通过降耗改造的结果表明，每年不但可节约672万元的电费，而且能大幅度提高配电变性能指标和运行可靠性，减少了谐波含量，提升了油田电网的供电质量，改造后的变压器降耗达20%。

配电变压器；节能改造；降耗

目前，大庆油田电网中仍在运行的采油井用高耗能S7型10 kV配电变压器约1.5万台，占10 kV配电变压器总数的37.5%，能源浪费严重。如果将S7型10 kV变压器全部更换为新型节能变压器，一方面资金投入过大，导致成本的提高；另一方面更换下来的S7型变压器只能成为闲置资产，造成资源浪费。对S7型变压器进行优化改造成为S11型节能变压器。改造成本投入低，运行成本为原来的80%。

虽然国内有S7型、SL1型、SL7型等电力变压器的改造经验（应用10 kV厚纸筒、大油隙主绝缘结构技术），但是在这种技术理论下，油田的S7型变压器性能指标仅可以达到S9型的标准。

1　节能改造措施

采油井用配电变压器油箱内可用空间小，因此在技术上必须更新绝缘结构，并结合应用新型材料最大限度地提高有限空间的占用比，在保留铁芯结构不变的情况下，为匝数增加和导线截面积加大提供有效空间，从而实现S7型改造为S11型的改造目标。

1.1设计方案

采用同容量改造方案，即变压器原有铁芯、油箱等部分利旧，应用薄纸筒小油隙小体积分割理论及新型材料，重新设计、制做高低压线圈和绝缘部分；改进线圈绕制方法，最大限度地提高有限空间的占用比，总体性能水平与新品相同。根据公式［1］可知，变压器的主要性能指标与线圈匝数、线圈高度、主绝缘距离等变量相关，然而这些变量的作用结果往往是相互制约的。因此，设计中必须合理地协调各变量，才能保证技术指标，使设计方案达到最优化。

1.2技术指标

遵照国家标准GB/T 6451—2015《三相油浸式电力变压器技术参数和要求》和行业标准JB/T 3837—2010《变压器类产品型号编制方法》执行技术指标（表1、表2）。

表1　三相油浸式电力变压器性能水平代号的确定

表2　S7、S11型三相油浸式电力变压器技术参数和要求

1.3绝缘结构

传统的厚纸筒大油隙主绝缘结构（图1）是采用油和厚纸筒构成油屏障绝缘，这种结构的设计考虑的是在工频与冲击试验电压作用下即使油间隙全部放电击穿，绝缘筒也能承受全部试验电压而不致击穿，待试验电压去除后，油间隙又可恢复绝缘作用［2］。

薄纸筒小油隙主绝缘结构（图2）是根据变压器油击穿体积理论，在均匀电场和不均匀电场中，变压器油的耐压强度随着油间隙体积的减少而提高，油隙分割越小，其绝缘强度越高。即当油隙的距离一定时，随着隔板数目的增多及油间隙的减少，油的耐压强度提高。薄纸筒小油隙结构所采用的纸筒或纸板厚度小于4 mm，油道宽度小于15 mm。

图1　传统型主绝缘结构　

图2　新型主绝缘结构

传统的变压器绝缘结构中，常采用瓦楞纸来将绕组间的主油道分割成若干个油间隙，研究中主油道绝缘采用绝缘纸板和撑条构成的帘式油道代替瓦楞油道，避免了传统使用瓦楞纸板易变形、易产生位移等弱点，使其与线圈结合牢固，并具有更优良的机械、电气性能。

层间采用了菱格上胶绝缘纸新型绝缘材料，它通过干燥过程使绕组相邻各层可靠的黏合成一个固定单元，防止各层的位移，从而保证了绝缘结构长期的电气和力学性能，同时保证了油的浸入和绝缘材料中气体的排除，有效地避免了电晕和局放。另一方面，在端部绝缘结构上采用增加软角环工艺措施，降低主绝缘尺寸，有效防止端部的沿面放电提高端部油隙的击穿场强。

角环有2种结构型式，其一为“软角环”；其二为成型绝缘角环。角环主要具有2个特点［2］：延长端部绝缘的沿面放电距离，以有效防止端部的沿面放电；分割端部的油隙，利用油击穿的体积效应来提高端部油隙的击穿场强。软角环是由互相垂直的2部分所构成的绝缘件。

通过以上方法提高了铁芯窗口的填充系数，大大降低了原材料消耗和变压器自身损耗，也节约了变压器的制造成本和运行成本，对变压器的技术经济指标具有重要意义。

1.4绕制技术和制造工艺

1）线圈的绕制。在保证产品性能的基础上，由原来的分绕改为高低压线圈统绕［3］，增强了绕组的机械强度和稳定性能；原变压器联结组由星接设计改为角接设计，当采用角接方式，电压中不含三次谐波分量，电压更平衡。

2）对高压线圈分接档位出线方式进行改进。将传统的五尾头［4-5］出线改为四尾头出线，减少了焊点，提高了工作效率，节省了材料成本，增加了产品的经济性。

3）改进线轴轴杠及放线架，增加拉紧装置。此拉紧装置可以通过调节弹簧螺栓控制拉紧力大小，可保证绕线机在绕制线圈时，使铜线排列紧凑，防止线圈胀包，保证了线圈的外径尺寸，节省铜线使用量，更好地提高了空间利用率，使经济效果达到最佳。

2　应用情况

目前，电器设备修造厂已完成了大庆油田采油厂1885台高耗能配电变压器的节能降耗工作，产品已全部投入运行，改造中采用行业先进、成熟的技术及组件产品进行改造和装配，技术上满足用户要求，质量符合国家和行业有关现行标准。

经过中国石油天然气集团公司节能技术监测评价中心能效监测站对产品的审定，改造后变压器各项指标完全符合S11系列标准要求，改造前后变压器平均有功功率损耗下降率为21%，达到了降耗的目的。

3　效益分析

电价以0.571 7元/kWh计算，变压器全年空载8760 h，等效满载（负载系数为0.65）5694 h，运行1年的电费为

Cy=［8760×（P0+0.1×I0%×SN/100）+5694×（Pk

+0.1×Uk%×SN/100）］×0.5717

式中:Cy——变压器运行1年耗电费用，元；

P0——空载损耗，kW；

Pk——负载损耗，kW；

SN——额定容量，kVA；

Uk%——短路阻抗百分数；

I0%——空载电流百分数。

S7型变压器改造成S11型变压器后运行节电分析见表3，一次性投入成本见表4。

表3　S7型改造成S11型产品运行节电分析

表4　S7型改造成S11型产品一次性投入成本单位：元

由表3、表4可知，改造后运行成本降低20%左右，改造价格比新品价格明显降低。若1.5万余台变压器平均容量按照63 kVA估算，按大庆油田现有节能改造进度，即使完成总量的一半，运行费将减少1137万元/a，总体改造费用将减少1242万元。

目前，已降耗改造变压器1885台，一次性投入成本节省363万元，经改造后的变压器大部分已运行2～3年，每年节省运行电费309万元，仅按投网运行1年计算，一次性投入成本与运行电费2项合计即可节省资金672万元。此外，通过新型材料、组件的应用极大地改善变压器的使用性能。包括如下方面：

1）变压器降耗改造过程中降低铁芯磁密，不仅减小了铁芯损耗和空载电流，使得网络的有功损耗和无功损耗降低，而且降低了变压器的噪声干扰，适合应用于居住区环境。

2）改造过程中不仅采用热缩带、菱格上胶绝缘纸等新型材料，而且采用高低压线圈统绕、油隙刚性填充等工艺加强器身的结构强度。

3）由于变压器油箱散热面积保持不变，器身损耗产热减少，使得改造后变压器温升降低，热稳定性能增强，使用寿命与新型S11变压器相同。

4）改造中使用新型开关使得电压中谐波分量大大减少，电压波形质量更优。

5）改造中使用新型瓷套组件，使得变压器各相电压标识明显，提高了操作的安全性。

6）改造中对油箱内外进行防腐，并采用新工艺检漏、试漏，保证了变压器的密封性能，使得外观整洁美观。

4　结论

综合上述分析可以看出，该节能降耗改造技术，通过采用新技术、新工艺，使变压器性能指标大幅度提高，具有优良的节能节材性，每年还可节约672万元的电费，实现了大幅度节能、减少投资、保证安全、优质供电的综合目的，不仅在油田10 kV采油井配电变降耗改造设计中得到广泛应用，还可以广泛应用于变压器制造、修理行业。

［1］龚绍文.变压器设计手册［M］.沈阳：沈阳变压器研究所，1985:16-31.

［2］尹克宁.变压器设计原理［M］.北京：中国电力出版社，2003: 42-80.

［3］徐秋元.低压轴向双分裂变压器分裂绕组温升检测的探讨［J］.变压器，2013，50（9）：7-11.

［4］李晨.变压器绕组变形的影响因素及出口短路后分析［J］.变压器，2013，50（8）：66-70.

［5］贾贺强，谭黎军.轴向双分裂结构变压器阻抗计算修正系数和分裂系数［J］.变压器，2005，42（10）:1-4.

10.3969/j.issn.2095-1493.2016.09.022

2016-04-18

（编辑巩亚清）

应俊，高级工程师，1991年毕业于重庆大学，从事电力变压器设计与工艺研究等工作，E-mail：13009816897@163. com，地址：黑龙省大庆市让胡路区方晓工业园北一路旁电力集团电器设备修造厂，163161。