1000kV级电力变压器初步论证及方案.pdf

。 囊珏 嚣 1 9 9 6 年第 8 期 1 O O 0 k V级 电力变 压器初 步论证及 方 案 一 、建立 1 O o o k V级 电网 的必要性 和可 行性 在 一 个 较 长 的 时 期 中， 我 国 经 济 以接 近 1 O 的速度 稳定增 长。同样， 对 电力 需求 的增 长也不会低于 1 0 。在某些地 区， 电力 已经成 为 制约其经济发展 的一个重要 因素。从我 国一 次 能源 的 资源 分 布情 况 看 ， 煤 、 石 油等 矿 物 资 源 主要 分 布在 西 北、 华 北 和东 北 等地 ； 水 力 资源 则集 中在 西南 、 华 中和西 北地 区 然而 ， 工农业 生产最集 中、 发展最 快的 地 区是东 南沿 海 以及 华东 、 华北、 东北等老 工业基 地 ， 它 们是 电力 需 求的 中心 。国民经济的稳 定发展需要有 可靠的 能 源基地 这 就 有必 要 在 一 次能 源 富足 ， 而 且 生产稳定 的矿区群和水力 资源丰富 的江 河流域 兴建能供 应本 地 区以外大 量 能源 的 能源基 地。 长期 以来 ， 我国 是 以煤炭 发电为 主。由于 铁路 运力有 限， 电站建设 趋于 大 型化、 厂 群化 ， 煤 电 建 设 已 逐 步 转 向 矿 区 电 厂 、 远 距 离 输 电 的 方 向。水 电建 设 与水 力 资源 密 切 相 关。现 有 资 料表 明， 除 三峡 工程 之外 ， 太 西南 六 大河 流 ( 长 江、 大 渡河、 雅 砻 江、 金 沙 江、 澜 沧 江、 怒 江 ) 可 开发 的水 电 总装 机 容量 达 1 6 1 5亿 k W 。西 南 水电能源除椭足本地 区需 要 外， 将 有 大量 稳 定 的外进 电力。此外 ， 黄河 上 游 的开 发 可作 为 西 北地 区的能源基地 。这些 跨大 区的全国性能源 基地 与用电的工业 中心相 距 遥远 ， 输 电距 离 达 1 0 0 0 2 0 0 0 k in， 采 用 5 o 0 k V 输 电 线 路 是 不 能 满 足 要求 的 从输 电技术 发展 的现 状 和动 向看，目前 输 电技 术 已从超高压交 流输 电与高 压直流 输电并 存 ， 进人 到向特高压交直 流 输 电转 化的 过 渡 阶 段。在三相交流输 电 尚未 发展到特 高压级之前 的几 十年 中， 工业发达 国家 曾对 多 种输 电技 术 改进方案做 了大量计算分 析和原型 试验 。其中 最具 实用前景的是 紧凑 型 输 电方 式 和调 谐 ( 半 波长) 输 电方式 。这两 种方 式都 着眼于解 决 输 送更 多的 电量 ， 但不能 同 时解决 大容量 和 远 距 离问题 ， 且其输 电能力的提高也 只相 当于 7 5 0 k V 线路的能力 。直 流输 电的改进 主要 是多端直流 输电和直流 电网的研 究 ， 但 也不 能解 决大容 量 和远距离输 电问题 。 5 1 纳起 来， 为 了满 足大容 量、 远 距 离输 电 的要 求， 技 术 发展 趋 势 和技 术 进 步 可 行 的 前景 有 下 列 三 方 面 ： 一 是 向 更 高 的 电压 等级 发展； 二 是 美 国采 用 的大 串补 度 ( 运 行 中高达 8 0 ) 的 5 0 0 k V输 电 ， 这 是 现有 输 电 技术 的一 种延 伸 发 展 ， 其 输 送 能 力 可 以代 替 7 5 0 k V 线 路 ； 三 是 特 高 压 直 流 输 电 ，士7 5 O k V 或 1 o 0 0 k v。其 中， 对解 决 大容 量、 远距 离 输 电最 为 直接、 可靠 和有 效的方 法是 1 O 0 0 k V级 特 高 压交流输 电和特高压 直流 输电。 由于我 国直流 输 电技 术 起 步 较 晚， 国 内 生 产 和 配 套 能 力 很 低 ， 运行 经 验也 不 多， 要 发展 7 5 0 k V 以上 的特 高 压直 流 输 电技 术 困难 较 大 在 交 流 输 电方 面 ， 如果 以 7 5 0 ( 7 3 5或 7 6 5 ) k V为 高 一 等 级 电 压 ， 仅 达到 大 串补 技术 所 能 达到 的 能力 ， 对 于 长距离 输电并无 多大 作用。 因此 ， 开发 1 O C I O k V 级特 高压交 流输 电是最 为有效的途径 。 ， “ 一 维普资讯 1 9 9 6年第 8期 -3 三 峡 工 程 已 破 土 动 工 ， 总 装 机 容 量 为 1 8 20GW ( 1 8 2 0万 k w 输 电距离 ( 按 直线距离 计 算 ) 为 ： 宜 昌到 北 京 l 1 0 0 k m， 到天 津 1 0 5 0 k m， 到上海 9 4 0 k m 到广 州 8 4 5 k m, 到 南 京 7 0 0 k m， 到郑 州 4 8 0 k m， 到 武汉 3 0 8 k m 其 中宜 昌到郑 州， 武 投 输 电 距 离 在 5 0 0 k m 以 内， 到 北 京 天 津 ， 广州 ， 上海 ， 南 京 的 距 离 为 7 0 0 1 1 0 0 k in， 进 电容量 35 GW ， 采 用 多 回路 紧凑 型 大 串 补技术 ， 仍 用 5 0 0 k V交 流 输 电设备 是 可 能 的。 但其 占甩走 廊多 ， 设 备 投 资大 ， 在 经 济上 是 不 合 适 的 。若 考 虑 到 三 蛱 增 加 6台 机 组 ， 装 机 总 容量 达 到 2 2 , 4 GW， 仍 甩 上述 方 案将 能 满 足 要求， 必须发展特高压输电系统 1 0 0 0 k V级特 高压交 流输 电技术 的开发 ， 不 仅 能满足 三蛱 工 程 的 要求 同时 也 为 进 一 步 开 发 大 西 南 金 沙 江、 云 南 的水 电 和 三 北 煤 电 打 下 了基 础 。 就 输变电 系统 的 主要 设 备 变 压器 ， 并联 电 抗器 互 感器而 言 ， 开发 1 0 0 0 k v级 产 品的条件 是成熟 的 沈阳变压器有限 责任 公 司近年 来进 行 了大 量 的基 础 研 究， 例 如 对 温 升 、 油 流 静 电， 漏 磁 场， 局 部 过热、 短路 力 和 绝 缘结 构 等 。 通 过 技 术 引 进 ， 技 术 交 流 、 出 国 考 察 ， 又 了解 了 许多 国外先 进技术 。经过 消 化吸 收， 对国 外 产 品 结构 和 1 O 0 o k V级 变 压器 技 术 已基 本 掌 握 。 近 2 0年来 ， 在 自行 开 发 研制 到成 批生产 5 0 0 k v 级变压器 的实践过程 中， 我 公 司积 累 了 一定 的 经验 尤其是 1 9 9 2 年生产了5 0 0 k V级 l 200 MVA 短 路 试验 变压 器 ， 其 端 部 绝 缘 水 平 与 l 0 0 0 k V 级变压 器端部绝缘 水 平相 当， 为 l 0 0 0 k v 级 电 力变压器的端部绝缘结构设计提供了必要的经 验和 依据。在试验研 究设备和计 算机等硬 件方 面， 稳公 司也有 很 多 的更 新和 增 添 ， 大 大 加 强 了研究 开发 能 力， 为 1 0 0 0 k V级 变 压器 的 开发 研制创 造 了 良好条 件 。 目前 1 0 0 0 k v级变压器 样机研究工作 已进入实体设计 阶段 二 、 绝 缘配合 与绝缘水 平 特高压 变压 器的绝缘 配合与绝缘水 平是 特 高压变压器绝缘 设计的前提和 基 础。特高压交 流 系统的过电压根 据波形可 分为持续工 频 过电 压， 暂态 过 电压 、 操 作冲 击 过 电压 厦 雷 电冲 击 过电压等。这些过电压受 系统l结构， 开关设备及 避雷器特性 的影 响 。近 年来 ， 氧 化锌 避雷 器 的 特性 已取得 明显 的改瞢 ， 并 在很 大 程 度止 影 响 了冲击 电压 的大 小 。在 收集到的国内外研究资 料 中， 有关各种对 1 0 0 0 k V级变压器 鲍缘特性产 生影响的过 电压如下所连 ： 1 雷电 冲击 电压 当雷击 到铁塔上或 落副 架空 接地 线上而 产 生逆 闪络时 ， 施加 于变 压器 线 端上 的雷 电波 冲 击 电压将是 最严醋 的。 目前 ， 在考 虑 了 变电所 的结构 和 系统运行条 件下 ， 通 过对 系坑 的分 析 已经对最高 电压 作出 了估计 。 由于氧化锌避霄 器性 能的改善 ， 在特 高压系 统 中广泛 采 用高性 能氧化锌避 雷器将是最佳方 案。 当采用特 高压 氧 化 锌 避 雷 器 时 ， 所 估 计 的 冲 击 电 压 为 2i 0 0 k V。采 用非 线性 特性 得 到 改苦 的 避冒 器 时 ， 所 估计 的冲 击电压将降低到 1 9 0 0 k V。 2 操作冲击 电压 对考虑 了系 统结构 、 特性 以及 开炭 设 备 和 避雷器 安装 条件下的 系统 分析 表 明， 变 压 器线 端的 最 高操 作 冲击 电压 近似 为 1 7倍 标 么值 当采 用前面提 到的改进的瓷 雷器 以及采 用并联 电抗 器补偿， 同步合 闸等措 施时， 操作 冲击 电压 可降低 大约为 1 6倍标 么值 。 3 工频 过电压 工频 过 电压及暂态过电压是操作 过 电压 的 基数。著不 加以限制， 则 操作 过 电压也 不能降 低， 而 且它还决定灭 弧 电压 的参 数 。对工 频 过 电压和暂态 过电压可采用 补偿装 置 。例 如 ， 采 用无功补偿装置加以限制。 进一步 比较和分 析 世界 各 国 1 0 0 0 k V及 以 上 电压等级 电力变压器 的绝缘 水 平后 ， 我们认 为在 当前确 定绝缘水 平 时， 取 中等 为宜 。考 虑 到 电力 系统保护水平 的不 断提高 及绝缘水平逐 渐降低 的趋势， 目前所确 定 的绝 缘 水 平在 几 年 以后应该 是 中等偏上 的， 而 且能 被 各 方 面所 认 可 。在 确定绝缘水 平时 ， 要 考虑 到变 压 器 内绝 缘的伏秒 特性 ， 各种试 验 电压之 间应具 有 比较 合理 的关系 。另外 ， 试验 电压 值应 在 I E C推荐 维普资讯 d - 1 9 9 6年第 8期 的电压标准数列值 中选取 。最后确定的 我公 司 1 0 0 0 k v级变 压器 样机的绝缘 水平 为： 额 定工 作 电压 l 0 5 0 k v( 有效值 ) ； 最 高 工 作 电压 l 2 0 0 k v( 有 效 值) ； 雷 电 冲 击 耐 受电压 2 2 5 0 k v( 峰值 ) ； 操作 冲击 耐受 电压 1 8 0 0 k V( 峰值 ) ； 1 rai n工 颓 耐 受 电 压 9 5 0 k V( 有 效 值) ： l h工频 耐受 电压 8 5 0 k V ( 有 效值 ) 。 三、 1 0 l( V级 变压器结构 的初步方案 特高压 变压器的容量 一般都 达到特大型 变 压器的容量范 围 产 品的运输 重 量 和 尺寸 都 受 到 运 输 条 件 的跟 制 。考 虑 到 运 输 条 件和 产 品 结 构的经济性 ， 无论是 自耦 变 压器 还 是 发 电机 变 压器一般 都 做 成单 相 的 。现 时生 产的 l 0 0 0 k V 级变压器铁心结 构既有 心 式也 有 壳式 ， 绕 组 结 构 既有饼 式也 有 层 ( 圆筒 ) 式 。 目前这 些 结 构 型式都授 不 同厂 商采 用和 生 产 ， 尚 看不 出其 中 一 种结 构有 取 代 另 一种 结 构 的趋 势 我公 司 传 坑 结 构 为 心 式 铁 心 和 饼 式 绕 组 ， 对 这 种 结 构 有一定 的设 计制 造经 验。因此 ， 1 0 0 0 k V级 变压 器样机采用 心式 铁心 、 饼式 绕组结构 。 图 l 给 出了一些特高压 变压器绕 组布 置 的 几种方式 。目前太多擞 生产厂商 制造的特高压 变压器都采 用单相双柱 式 、 高压 ( 中压) 两柱 串 X 联、 低 压 两柱并 联 的结构 ， 只 有前 苏 联 的 一 家 变压器厂 曾采用 过单 相单柱式结 构。 从 当前 国内的生产工艺水平和材料 的质 量 及检 验 水 平看 1 0 0 0 k V级 变 压 器 宣 采用 单 相 双柱式结 构 。 一 目前世 界各 国生产 的 l 0 0 0 k v级 变压 器 大 都 投有调压分 接， 即使 有分 接也 大 多 散是 采取 外接调压器 的方法 。这样不 仅给生产制造带来 了方便 ， 同 时 也 使 产 品 的 安全 可 靠 性 大 大 提 高。因此 ， 我们确定 1 o 0 0 k v级变 压器 样机投有 调压分 接。 四、 1 O 0 0 k V级变压器样机筒介 1 规范 型号 ： DF Pl 5 0 0 0 0 1 0 0 0 容量 ： l 5 0 1 5 0 MVA 额 定 电 压 ： 婴 6 3 k V 、，j 阻抗电压 ： l 5 l 6 空载损耗 ： 9 5 k w 负载损 耗 ： 4 7 0 k W 器 身质量： 9 3 t 总质量 ： 1 7 0 t 绝缘水平： 雷 电冲 击 2 2 5 0 k V( 峰值) ； 操 ( d ) ( c ) 翻 l 特高压变压器绕组布置的几种方式 作 冲击 l 8 o 0 k v( 峰 值) ；l mi n工 频 耐 压 9 5 o k v( 有效值) 2 结掏 l 0 0 o k V 级 变 压器 样机结构 如 图 2所 示 。铁 心 为 单 相 两 柱 式 绕 组 为 饼 式 绕 组 ， 高 压 两 柱 串联， 低 压 两 柱 并联 。高压 绕组 为 纠 结 、内 屏 连 续 式 ；低 压 为 连 续 式 。 匝 问工 作 场 强 小 于 2 k V mm 冲击 梯度小 于 7 纵绝 维普资讯 1 9 9 6年第 8期 5 A 柱 B 柱 重 2 1 0 0 0 k V变压 罱样 机 结构 示 意 图 缘经 电场计算验证 ， 具有足够 的绝缘 强 度 和 裕 度。高压引线采 用魏 德曼 的 l O 0 0 k V间接 式 出 线结构。 五 、 结论 ( 1 1 在 我 国 电 力 系 统 中 建 立 1 O 0 0 k V 特 高 压 电网是 非常必要的 ， 也是可行 的 ( 2 ) 沈 阳变压器有 限责任公 司正在开发研制 1 0 0 0 k V 级 变 压 器 样 机 ， 经过 必 要 的技 术 准 备和 研究 工作， 是可 以生 产供 电力系统用的 1 0 0 0 k V 级 电力 变 压 器 的 参考文献 何 大 愚 对 我 国未来 西 电东 进输 电技 术 的 战 略 韧 探 电 网技 术 1 9 9 3 ， ( 4 ) ： 7l 0 路 长 拍等 电力变 压 器 计 算 哈 尔 滨 ： 黑龙 江 科 学 技术 出 版杜 ， 1 9 9 0 国家 标准 GB 1 5 6 9 3 标 准 电压 ( 收稿 日期 ： 1 9 9 6 噜 协 啪卅 扮 9舯*曲曲 * 舯5 带硅橡胶复合绝缘套管的独立式 S F 6 气体绝缘互感器 上海 MWB互感器有 限公 司最 近试制成 功 了带硅 橡胶 复 合 绝 缘 套 管 的 独 立 式 s F 气 体 绝 缘 互感器 ， 并 已通 过 两部 鉴定 ， 投 入批 量 生 产 与传 统的油浸 绝 缘互 感 器 相 比， 这 种新 型 互 感 器 具 有 优 化 管 理、保 护 环 境 、 无 绝 缘 老 化、 运输 安全 、 抗 地震 性 能 和 防爆 性 能强 等优 点 由于其 设 计 是 根 据 S F 糟 缘 气 体 的 物 理 性能 而 进行 的， 一 且发 生 高 能放 电 隋况 ， 造 成 气 体 压力 升 高 ， 可 通 过 控 期 压 力 的 防 爆 片释 放 ， 因此能有效地 防止 因爆炸而 产 生 的严 重 后 果 。 在 我国电力事 业 高速 发 展 的今 天 ， 建立 少 油或无油 化电站 的观 点已被越来越 多的用 户所 接受 ， 因此 。 该 产品无论在 国 内还是 在 国 外， 都 将拥有很好 的市场 独立式 S F 气体绝缘互感 器的主要 部件 之 一 是复合 绝缘套管 其 电气 性 能和 机 械 强度 安 全系数都 比较高 该复合 绝缘套管是采 用将硅 橡胶伞裙浇 注 在玻璃纤 维增强套管 上的加工方 法制造 的 套 管表面经过仔 细处 理 ， 硅 橡胶 伞 裙 与套 管 之 间 具有 紧密 可靠 的结 合 ， 两端 粘结 金 属 法 兰后 ， 可获得 牢靠 的机械 连接 。每个 绝缘套营 均通 过 1 0 MP a常规压 力试验 ， 并 能 承受 5 0 MP a爆破 压力 试验 ( 工作压力 为 0 3 9 MP a ) 。其 结构见示 意 图 。 与油 授 绝 缘互 感 器 的瓷套 相 比， 带 硅 橡 胶伞裙 的复合绝缘 套 管具 有 许多优 点 ： ( 1 ) 复 合 绝 缘 套 管 为 非 脆 性 ， 不 会 破 裂 和 爆 炸 ； ( 2 ) 复 合 绝 缘 套 管弹性好 ， 抗地震 ； ( 3 ) 复 合 绝 缘 套 管 比瓷套 管轻； l 簟 照章 裙 钢 筒 复台 鲍缘 奢 营 结 构 示 意图 ( 4 ) 复合 绝缘套管 表 面 具有 良好 的憎 水 性 ( 不 会形 成 连续 水 膜 ) ， 爬 电 强 度 是 瓷 套 管 的 1 3倍 徐 德 安( J ：- M V ,e互感 器有限 公司) C 收稿 日期 ： 1 9 9 6 -0 4 2 2 ) 维普资讯