解析1000kV特高壓變壓器基本原理與結構特點

王超　郭海波

1、特高壓變壓器結構特點

特高壓變壓器與常規(guī)變壓器相比，在結構上具有其特殊性，變壓器采用中性點變磁通調壓，設置補償繞組限制因分接位置變化引起的低壓電壓波動。總體外部結構采用獨立外置調壓變方式，即變壓器主體與調壓補償變分箱布置。這是由于它的“電壓高、容量大”等因素所致。以特高壓電網常用的ODFPS-1000000/1000單相自耦三繞組變壓器為例，在設計方案上采用了以下方式：采用了中性點調壓方式，同時保證其高可靠性；自耦變中性點調壓為變磁通調壓，低壓電壓將隨開關分接位置變化發(fā)生較大波動，因此設置了補償繞組，將補償繞組串入低壓繞組，以達到限制低壓電壓的波動目的。將調壓部分和補償部分獨立出來，將主體變壓器與調壓補償變壓器分離，同時，將主體變設計成多柱并聯(lián)結構，減小變壓器的運輸尺寸，以符合現(xiàn)有的運輸條件。

2、特高壓變壓器組成介紹

2.1主體鐵芯的結構型式和特點：1）主體鐵芯采用單相五柱式結構，三心柱套線圈。2）鐵芯采用日本進口高導磁、低損耗優(yōu)質晶粒取向冷軋硅鋼片疊積，全斜接縫。采用進口的剪切設備和引進技術的疊裝設備來進行鐵芯制造，保證鐵芯的剪切和疊積質量。3）鐵芯內設置多個絕緣油道，保證鐵芯的有效散熱。鐵芯小級片和拉板均開有隔磁槽，防止鐵芯過熱。4）采取拉板、板式夾件、鋼拉帶、墊腳、上梁等組成的框架式夾緊結構，鐵芯拉板、夾件及墊腳等均經過優(yōu)化計算，以保證產品鐵芯夾緊、器身起吊、壓緊及短路狀態(tài)下的機械強度。5）鐵芯柱用粘帶綁扎機綁扎，以保證足夠的拉力，臺階處用圓棍撐緊，保證鐵芯的圓度和緊度。6）在夾件上設置了漏磁屏蔽措施，控制產品漏磁及損耗，防止局部過熱。7）鐵芯及夾件均與油箱可靠絕緣，各自利用接線片引至外部，并引下接地。

2.2調壓補償變工作原理和結構型式：2.2.1調壓補償變的工作原理。變壓器分為主體和調壓變兩部分（見圖1產品接線圖）。主體和調壓變連接組合后可以作為一臺完整的變壓器使用，主體為采用單相五柱鐵芯，其中三心柱套線圈，每柱1/3容量，高、中、低壓線圈全部并聯(lián)。主體油箱外設調壓補償變，內有調壓和補償雙器身，設置正反調無載分接開關。調壓線圈通過主體低壓線圈勵磁調壓，并連接調壓開關。補償激磁線圈首末端分別與開關K點及引出端連接，其電壓和極性隨開關調壓位置的變化而變化，并通過電磁耦合帶動與主體低壓線圈串聯(lián)的低壓補償線圈的變化，從而實現(xiàn)低壓電壓的補償，使低壓輸出電壓偏差控制在1%以內。產品的低壓和中性點利用主體和調壓變兩部分各自的套管通過外部分裂導線連在一起，并通過調壓補償變相應套管連接到線路。2.2.2調壓補償變主要結構。①調壓和補償變鐵芯均為兩柱、口字型鐵芯，采用進口高導磁、低損耗優(yōu)質晶粒取向冷軋硅鋼片疊積，全斜接縫。②調壓變采用兩心柱套線圈的結構。激磁線圈兩柱并聯(lián)，為內屏連續(xù)式結構，采用組合導線繞制；調壓線圈兩柱并聯(lián)，為螺旋式結構，采用自粘換位導線繞制。補償變采用單柱套線圈的結構，低壓補償線圈為螺旋式結構，采用自粘換位導線繞制；補償激磁線圈為連續(xù)式結構，采用自粘換位導線繞制。③調壓補償變?yōu)樽匀挥脱h(huán)冷卻的散熱方式，冷卻裝置采用片式散熱器，箱采用平板筒式結構，可以承受真空133Pa、正壓0.1MPa的強度試驗。

3、1000kV變壓器技術參數(shù)

從基本設計原理上來說，1000kV主變壓器與常規(guī)500kV主變壓器并無差別，都是利用電磁耦合原理進行電能傳輸。但由于本次工程所采用的1000kV主變壓器的工作和試驗電壓極高，容量超大，同時基于1000kV特高壓工程的重要影響和意義，1000kV主變壓器與常規(guī)500kV自耦變壓器在一些主要技術參數(shù)和結構上還是有一定的差別的。主要體現(xiàn)在：

3.1絕緣耐受強度。1000kV主變壓器的工作和試驗電壓比常規(guī)500kV自耦變壓器都提高了接近一倍，因此必須采用加強的絕緣覆蓋和更大的絕緣距離，同時采用優(yōu)質的絕緣材料，保證產品的電氣性能和安全運行。

3.2調壓方式及范圍的選擇。常規(guī)500kV自耦變壓器大都采取中壓線端調壓，調壓引線和開關的電壓水平為220kV。而1000kV主變壓器的中壓線端為500kV，如果采用中壓線端調壓，調壓和開關的電壓水平將為500kV，這樣不僅給產品的設計、制造造成極大困難，更對產品的安全運行不利。因此，1000kV主變壓器采用了中壓末端，也即中性點調壓的調壓方式。但自耦變壓器的高、中壓為公用中性點，采用中性點調壓時，各分接位置的匝電勢和鐵芯磁通密度將發(fā)生變化，也就是變磁通調壓。如果不采取措施，其低壓輸出電壓也將隨分接位置的變化而變化。所以，國內自耦變壓器一般不采用中性點調壓的方式。

3.3低壓補償。如上所述，1000kV主變壓器采取了中性點變磁通調壓的調壓方式，如果不采取措施，其低壓輸出電壓將隨分接位置的變化而變化。經計算，其變化率最大將超過±5%，這是系統(tǒng)運行所不允許的，為了控制這種變化，我們設計了補償繞組來補償?shù)蛪弘妷?，使低壓輸出電壓偏差控制?%以內。

3.4分箱結構。常規(guī)500kV自耦變壓器都為一體式結構，而1000kV主變壓器采用了主體和調壓變分箱的結構。采用這種結構一方面是為了簡化1000kV主體的結構，提高1000kV主體的安全性，另一方面是為了系統(tǒng)的長遠考慮，在需要將無載調壓改造為有載調壓時，可僅對調壓變進行改造，而主體可以在改造過程中單獨繼續(xù)運行，提高改造的靈活性。

3.5主體鐵芯及器身結構。常規(guī)單相500kV自耦變壓器大都采用單相三柱鐵芯，單柱或兩柱套線圈的結構。但1000kV主變壓器由于容量超大，如果采用單柱套線圈的結構，其溫升和過熱問題都難以解決。因此，1000kV主變壓器應采取單相四柱或單相五柱鐵芯，兩柱或三柱套線圈的結構。本次工程的1000kV主變壓器就采用了單相五柱鐵芯，三柱套線圈的結構。

3.6試驗。1000kV主變壓器由于電壓高、容量大，同時為中性點變磁通調壓，且采用了分箱結構，其試驗方案、試驗項目及設備需求與常規(guī)產品有所不同。我公司的試驗方案是在多次討論、評審的基礎上制定的，并經過國網專家組的評審。

（作者單位：國網內蒙古東部電力有限公司檢修分公司）

作者簡介

王超（1986），性別：男，籍貫：河南省洛陽市新安縣，工作單位：國網內蒙古東部電力有限公司檢修分公司，學歷：本科，職稱：助理工程師.

郭海波（1979），性別：男，籍貫：內蒙古通遼市科爾沁左翼后旗，工作單位：國網內蒙古東部電力有限公司通遼供電公司，學歷：本科，職稱：助理工程師.