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国外特高压变压器技术现状及发展趋势 |
| 摘 要： 文章对国外特高压（UHV）输变电技术，特别是UHV变压器技术的现状及发展趋势进行了介绍和分析，希望对我国1 000 kV特高压输变电系统的研究、设计和建设能起到参考和借鉴作用。 关键词： 电力系统；特高压；变压器 随着大型水电、火电及核电基地的建设，我国对远距离、大容量超高压及特高压输电的需求日益增加。在现已运行的电网中，我国直流最高电压等级为±500 kV，交流最高电压等级也为500 kV。2005年底交流750 kV电压等级的电网即将投运，目前又在规划、研究、探讨直流±800 kV、交流1 000 kV及以上电压等级特高压电网的建设。文章对国外特高压（UHV）输变电技术，特别是变压器技术的现状及发展趋势作一此深入的介绍和分析，以期对我国1 000 kV特高压输变电系统的研究、设计和建设能起到参考和借鉴作用。 1、乌克兰变压器技术现状及发展趋势 乌克兰是世界上少数已具有开发超高压、特高压输变电技术经验的国家之一。乌克兰扎布罗热变压器研究所是全世界最大的变压器研究所，该研究所的主要工作范围有：开展科研工作、设计工作、软件工作、开发新产品、设计工装设备及研究生产工艺、制造样品和少量产品、电气设备试验、修理复杂的电气设备、研究并提出国家标准、产品认证和咨询服务。其进行过的重要产品开发和试验项目有：DC±750 kV，320 MVA变压器、平波电抗器、隔离开关；750 kV并联电抗器；667 MVA，1 150/500 kV自耦变压器模型；1 800/500 kV自耦变压器模型；750～1 800 kV套管；DC 600 kV脉冲装置；220～500 kV中性点套管；干式变压器环境试验容量达到1 600 kVA；750 kV及以下电磁式电流互感器；500 kV及以下电磁式电压互感器；750 kV电容式电压互感器。 2、俄罗斯变压器技术现状及发展趋势 俄罗斯20世纪70年代已做出了单相417 MVA/1 150 kV、三相1 000 MVA/500 kV的变压器，80年代做出单相667 MVA/1 150 kV与三相1 250 MVA/330 kV的变压器。 2.1 根据运行经验对变压器设计和工艺的改进 1955～1990年，工厂生产的电力变压器参数有了大幅度提高，电压等级从220 kV提高到了1 150 kV，三相变压器的容量从240 MVA提高到了1 250 MVA，单相变压器的容量从250 MVA提高到667 MVA。 通过运行事故的反馈，乌克兰扎布罗热变压器研究所对一系列课题作了深入研究，取得了很好的改进效果，在系统中运行的240台750 kV电力变压器近15年无一台发生事故，可靠性达到了较高的程度。在此基础上，该研究所还系统地开发了变压器的计算机辅助设计程序。 2.2 乌克兰扎布罗热变压器厂 乌克兰扎布罗热变压器厂（ZTR）是世界上最大的变压器厂，它可生产电力和配电变压器、电抗器、分裂电抗器、电压互感器、电流互感器、DC换流变压器、封闭母线（单相或三相）等。ZTR所生产的产品有70%用于出口，已有75个国家进口了该厂的变压器，其中中国从该厂进口了73台500 kV电力变压器。ZTR生产过的主要产品有：① 三相1250 MVA/347 kV变压器6台（1980年生产）；三相1 000 MVA/500 kV发电机升压变压器21台；三相三绕组300 MVA，500/154/38 kV变压器。② 单相417 MVA，750/500 kV变压器67台（1978年生产）；单相533 MVA，500/330 kV与单相417 MVA，1 150/500 kV变压器各1台（1981年生产）；单相667/180 MVA，1 150/500 kV自耦变压器26台（1979年生产20台，1972年生产6台）。③ 320 MVA，±750 kV换流变压器。④ 120 Mvar，800 kV和300 Mvar，1 150 kV并联电抗器及其中性点电抗器。⑤ OLTC330 kV，2 000 A。⑥ 单相60 Mvar，500 kV可控电抗器1台（1989年生产）。⑦ 417/50 MVA变压器143台（1972年生产105台，1973年生产38台）。⑧ 3相25 Mvar，110 kV可控电抗器1台（1997年生产）。⑨ 单相500 MVA，765/345 kV±13%（每级1.3%）自耦变压器出口巴西，P0=200 kW，Pk=700 kW。⑩ 配电变压器及各种特种变压器。 35 kV，31.5 kA封闭母线。 ZTR生产的铁心绑扎采用粘带绑扎，铁心柱内填一层薄纸筒纸板，然后绑上粘带，铁心夹件采用钢带拉紧，与西门子、ABB公司所生产的变压器结构相似。绕组电压在500 kV及以上一律采用的是油流不导向结构，所以绕组内径、外径有锁撑，看不见线饼里存在挡油板。变压器附件较为落后，放油阀门采用的是水阀，油箱加工较为粗糙，油箱顶部斜坡较大，工人操作困难。变压器采用磁屏蔽，硅钢片宽度约为80 mm，厚度为15～30 mm，端部用电焊把硅钢片焊在一起。变压器套管结构较落后，套管上部带了一个铁丝均压罩，不设均压球，套管油压靠另外设置的一个小油枕。 3、日本变压器技术现状及发展趋势 为了满足21世纪日益增长的电力需求，东京电力公司（TEPCO）开发了日本第一套1 000 kV输电系统，并且正在Shin-Haruna变电站1 000 kV试验场运行以测试1 000 kV设备的性能及可靠性。三菱电气开发了多种1 000 kV电气设备。东芝公司的Ako工厂生产了一款1 000 kV用于资格测试的有载调压单相壳式变压器。下面对东芝公司生产的1 000 kV变压器的规格、构造、安装和测试情况进行介绍。 3.1 规格  高压和中压侧容量的选择主要是为了满足最大输送容量的要求。第三绕组容量1 200 MVA（40%的高压和中压侧容量）的选择主要是为了满足1 000 kV输电线路所要求的最大视在容量。低压侧绕组额定电压如果像500 kV变压器那样选择63 kV的话，将会导致很大的故障电流，选择147 kV是为了使得和低压侧绕组相联设备的体积不致增加。阻抗值（短路电压百分比）选择18%是考虑到电网的最大稳定性，它是由接地故障电流的抑制和变压器设计的经济性等因素决定的。因为1 000 kV变电站将建在山区，所以所有的变压器配件都必须采用铁路或大型拖车来运送。为了满足运输条件的限制，1 000 kV变压器的主体部分被拆成了两个单元，每个单元都配备一套自动有载调压装置。长期交流工频耐受电压的选择是由对未来1 000 kV输电系统的故障分析所得到的，在试验过程中不得出现局部放电。雷击脉冲承受试验电压是由具有高性能避雷器的1 000 kV输电系统的暂态电压分析所得到的。高压侧选择1 950 kV，中压侧选择1 300 kV。65 dB的噪声水平主要是为了使变电站的噪声降至最小，可通过在变压器周围安装钢板屏障来实现。 3.2 构造 1 000 kV变压器的电压和容量都是500 kV 变压器的2倍，它是日本目前使用的最大的变压器。但是，运输和安装空间的限制要求运输尺寸不能比500 kV变压器的大。所以选择把单相变压器分成2个单元，每个单元都具有和1个500 kV，1 500/3 MVA变压器相同的容量。这2个单元可以通过一个油—汽衬垫的T型套管并联运行。1 000 kV变压器必须能够承受500 kV变压器2倍的电压，而应满足运输限制所要求的最小绝缘距离。因此，绕组的排列和绝缘的构造都应尽量减小电场的局部聚集，并且安排了大量的屏障用来把油空间恰当地分隔开；还采用净化处理工艺来减少油中的杂质，这样有助于保证更大的绝缘裕度，如果仅仅用绝缘纸，那么1 000 kV导线的绝缘是不可接受的，采用了多层屏障来减小导线到变压器外壳之间的绝缘距离。 4、结语 现在，可以进行长期励磁试验的1 000 kV变压器已经生产出来，经过测试这些变压器的经济运行是切实可靠。1 000 kV变压器的发展、制造、运输和装配技术也可以用来提高500 kV及以下电压等级变压器的质量。 |