在现已运行的国家电网中,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 。2010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1000 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1000 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 ,1150/500 kV 自耦变压器模型;1800/500 kV 自耦变压器模型;750 ~1800 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1600 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/1150 kV 、三相1000 MVA/500 kV 的变压器, 80 年代做出单相 667 MVA/1 150 kV 与三相1250 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1150 kV ,三相变压器的容量从240 MVA 提高到了1250 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500kV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1000 MVA/500kV 发电机升压变压器21台;三相三绕组300MVA,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,1150/500 kV变压器各1台(1981 年生产);单相 667/180 MVA,1150/500 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,800kV和300Mvar,1 150 kV并联电抗器及其中性点电抗器。
   ⑤ OLTC330 kV,2000A。
   ⑥ 单相 60 Mvar,500kV 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25Mvar,110kV 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=200kW,Pk=700 kW 。
   ⑩ 配电变压器及各种特种变压器。35kV,31.5kA 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500kV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80mm ,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1000 kV 输电系统,并且正在 Shin-Haruna 变电站1000 kV 试验场运行以测试1000 kV 设备的性能及可靠性。三菱电气开发了多种1000 kV 电气设备。东芝公司的 Ako 工厂生产了一款1000 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1000 kV 变压器的规格、构造、安装和测试情况进行介绍。
  3.1 规格
    东芝公司1000 kV 有载调压单相壳式变压器的基本规格参数。
    额定容量 /MVA 3000/3
    第三绕组容量 /MVA 1200/3
    额定高压侧电压 /kV 1050/
    额定中压侧电压 /kV 525/
    额定低压侧电压 /kV 147 kV
    调压范围
    9866/ ~1133.6/ 范围内 27 档调节
    测试电压
    雷击脉冲承受电压原边侧1950 kV ,次级侧1300 kV
    长期工频耐受电压 交流 1.5E 1 h ; E 5 min ; 1.5E 1 h
    阻抗 18%
    冷却方式 强迫油循环,强迫风冷
    噪声等级 65 dB
    注: E=1100/ kV
    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 1200 MVA (40% 的高压和中压侧容量)的选择主要是为了满足1000 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1000 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,1000 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 1000 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1000 kV输电系统的暂态电压分析所得到的。高压侧选择1950 kV ,中压侧选择1300 kV。65dB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
   1000 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500kV 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 ,1500/3 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。1000 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1000 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1000 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。1000 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。


 

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