特高壓大容量變壓器性能提升的關(guān)鍵技術(shù)研究

孫小飛 荊云波 劉明帥

國(guó)網(wǎng)山東省電力公司檢修公司 山東濟(jì)南 250000

1 特高壓變壓器發(fā)展

我國(guó)研制成功的特高壓變壓器，絕緣水平、損耗值、噪聲水平等技術(shù)性能指標(biāo)全面超越了日本及前蘇聯(lián)的產(chǎn)品，并且實(shí)現(xiàn)了無(wú)局放絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整體達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。

1.1 絕緣水平

特高壓變壓器絕緣水平的少量增加將導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸和重量的顯著增加。對(duì)于特高壓系統(tǒng)而言，限制產(chǎn)品的尺寸和重量、保證運(yùn)輸可行性已經(jīng)成為矛盾的主要方面。為控制特高壓變壓器的制造難度、保證安全可靠性、方便運(yùn)輸安裝，首先需要在系統(tǒng)上采取措施，深度限制各類(lèi)過(guò)電壓，從而降低對(duì)絕緣水平的要求，這也是特高壓系統(tǒng)區(qū)別于高壓和超高壓系統(tǒng)的主要技術(shù)特征。中國(guó)的特高壓工程采用高性能避雷器和斷路器合閘電阻，并在線(xiàn)路裝設(shè)特高壓并聯(lián)電抗器，成功實(shí)現(xiàn)了各類(lèi)過(guò)電壓的深度控制。過(guò)電壓的深度限制為降低變壓器的絕緣水平奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。根據(jù)系統(tǒng)過(guò)電壓水平，分別確定了特高壓的絕緣水平為雷電2250kV、操作1800kV、工頻 1100kV（5min）。

1.2 特高壓變壓器絕緣設(shè)計(jì)

特高壓變壓器的設(shè)計(jì)通過(guò)全場(chǎng)分析方法，對(duì)變壓器內(nèi)部各部位進(jìn)行電場(chǎng)分析。作為判斷依據(jù)，各部位用場(chǎng)強(qiáng)的選擇直接關(guān)系到其分析對(duì)象的絕緣裕度控制以及變壓器的可靠性。許用場(chǎng)強(qiáng)選擇過(guò)大，變壓器絕緣設(shè)計(jì)結(jié)果將無(wú)法滿(mǎn)足運(yùn)輸限界對(duì)于變壓器尺寸的要求；許用場(chǎng)強(qiáng)選擇過(guò)小，將無(wú)法有效控制變壓器局部放電發(fā)生，甚至出現(xiàn)絕緣擊穿。特高壓變壓器在長(zhǎng)期運(yùn)行電壓下的絕緣性能主要取決于其內(nèi)絕緣的局部放電水平[1]。

1.3 大容量特高壓變壓器漏磁和溫升控制

在成功研制三柱式特高壓變壓器基礎(chǔ)之上，我國(guó)進(jìn)一步開(kāi)展單柱500MVA的特高壓變壓器設(shè)計(jì)，并于2010年成功研制1000MVA、1000kV變壓器（兩柱結(jié)構(gòu)），成功解決了由于單柱容量提升帶來(lái)的漏磁控制問(wèn)題，其變壓器接線(xiàn)原理圖見(jiàn)圖3，同期還成功研制了400MVA的特高壓升壓變樣機(jī)，并依托相關(guān)工程得到應(yīng)用；2011年成功研制了1500MVA、1000kV變壓器（三柱結(jié)構(gòu)），實(shí)現(xiàn)了特高壓變壓器容量的提升，與特高壓輸電線(xiàn)路輸電容量更好的匹配；在此基礎(chǔ)之上，為解決容量提升導(dǎo)致變壓器運(yùn)輸受限的問(wèn)題，我國(guó)于2013年和2014年分別成功研制了局部解體和全部解體式1500MVA特高壓變壓器，徹底解決了運(yùn)輸對(duì)于特高壓變壓器應(yīng)用的限制。對(duì)于1500MVA特高壓變壓器，單柱線(xiàn)圈容量達(dá)到500MVA，須對(duì)線(xiàn)圈主空道、油箱、夾件、拉板等部位磁感應(yīng)強(qiáng)度分布進(jìn)行逐一分析，采取針對(duì)性的漏磁屏蔽措施，降低雜散損耗，防止局部過(guò)熱。

2 特高壓變壓器的新發(fā)展

2.1 特高壓交流1000kV降壓220kV變壓器

隨著我國(guó)特高壓交流骨干網(wǎng)架的建設(shè)，考慮到某些地區(qū)存在集中大負(fù)荷，而該地區(qū)附近沒(méi)有500kV電網(wǎng)，在此情況下有必要研究特高壓1000kV降壓220kV變壓器的可行性，為特高壓骨干網(wǎng)架與220kV電網(wǎng)直連提供技術(shù)儲(chǔ)備。采用特高壓1000kV降壓220kV變壓器，可以方便地將220kV系統(tǒng)接入特高壓骨干網(wǎng)，充分利用現(xiàn)有220kV電網(wǎng)資源，節(jié)省電網(wǎng)投資，與常規(guī)1000kV降壓500kV，再由500kV降壓220kV相比，省去一級(jí)降壓過(guò)程，可減少占地、節(jié)省設(shè)備投資、降低損耗、提高輸電效率。但是，經(jīng)研究論證，特高壓1000kV降壓220kV變壓器應(yīng)用場(chǎng)合需要滿(mǎn)足一定條件，才能在經(jīng)濟(jì)性和短路電流之間獲得平衡，即特高壓1000kV降壓220kV變壓器適用于負(fù)荷量大、負(fù)荷密度高，且本地電源容量相對(duì)較小的地區(qū)。目前，特高壓1000kV降壓220kV變壓器還沒(méi)有開(kāi)展工程應(yīng)用。

2.2 特高壓交流大容量變壓器

與1000kV、1000MVA單相油浸式自耦變壓器相比，容量增大50%、重量?jī)H增加20%。單臺(tái)（三相一組）特高壓大容量變壓器額定容量達(dá)到4500MVA，解決了變電和輸電能力匹配的問(wèn)題，與特高壓線(xiàn)路的自然輸送功率形成良好匹配，可進(jìn)一步提高特高壓變電站的經(jīng)濟(jì)性，具有重要的應(yīng)用前景。

2.3 解體式特高壓變壓器

隨著特高壓工程在不同區(qū)域的建設(shè)，尤其是在山區(qū)或運(yùn)輸條件受限區(qū)域，特高壓變壓器的運(yùn)輸受限問(wèn)題日益凸顯。為了解決特高壓變壓器運(yùn)輸問(wèn)題，采用解體式特高壓變壓器成為最佳解決方案。解體式特高壓變壓器采用模塊化設(shè)計(jì)，變壓器可實(shí)現(xiàn)解體運(yùn)輸，具有器身緊湊、運(yùn)輸重量小、運(yùn)輸成本低等優(yōu)點(diǎn)，有效解決了特高壓變壓器的運(yùn)輸問(wèn)題。我國(guó)已成功研制了可整體運(yùn)輸、局部解體運(yùn)輸和全部解體運(yùn)輸?shù)奶馗邏鹤儔浩鳟a(chǎn)品系列。全部解體式特高壓變壓器最大運(yùn)輸部件重量不超過(guò)80t，運(yùn)輸尺寸高度由4.99m降低到4.5m，完全滿(mǎn)足公路運(yùn)輸限界要求，運(yùn)輸不再成為限制特高壓變壓器應(yīng)用的瓶頸。

2.4 特高壓變壓器技術(shù)展望

前期工程用特高壓變壓器優(yōu)先考慮變壓器的運(yùn)行可靠性，隨著特高壓變壓器的制造水平和原材料研發(fā)能力的逐步提升，特高壓變壓器的整體性能將會(huì)不斷優(yōu)化提升。國(guó)產(chǎn)特高壓變壓器用關(guān)鍵原材料和組部件在得到長(zhǎng)期運(yùn)行考核后，將逐漸替代進(jìn)口原材料和組部件，進(jìn)一步提高特高壓變壓器的國(guó)產(chǎn)化水平和經(jīng)濟(jì)性。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著特高壓變壓器工程應(yīng)用的逐步成熟和變壓器智能化技術(shù)的進(jìn)步，在現(xiàn)有局部放電在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、油中溶解氣體在線(xiàn)監(jiān)測(cè)和鐵心接地電流在線(xiàn)監(jiān)測(cè)等在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)和紫外光譜、聲電聯(lián)合等帶電檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上，可將智能控制、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等先進(jìn)智能技術(shù)應(yīng)用于特高壓變壓器的運(yùn)行控制中，研制出具有關(guān)鍵性能參數(shù)全時(shí)監(jiān)測(cè)、自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的特高壓變壓器，進(jìn)一步提高特高壓輸電可靠性。