國外特高壓變壓器技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

馮慶東¹，王 偉²
（1.中國電力科學研究院，北京市 100085；2.華北電力大學，北京市 100031）

　　摘要： 文章對國外特高壓(UHV)輸變電技術(shù)，特別是UHV變壓器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢進行了介紹和分析，希望對我國1 000 kV特高壓輸變電系統(tǒng)的研究、設(shè)計和建設(shè)能起到參考和借鑒作用。

　　關(guān)鍵詞： 電力系統(tǒng)；特高壓；變壓器

　　中圖分類號： TM41；TM72

　　隨著大型水電、火電及核電基地的建設(shè)，我國對遠距離、大容量超高壓及特高壓輸電的需求日益增加。在現(xiàn)已運行的電網(wǎng)中，我國直流最高電壓等級為±500 kV，交流最高電壓等級也為500 kV。2005年底交流750 kV電壓等級的電網(wǎng)即將投運，目前又在規(guī)劃、研究、探討直流±800 kV、交流1 000 kV及以上電壓等級特高壓電網(wǎng)的建設(shè)。文章對國外特高壓(UHV)輸變電技術(shù)，特別是變壓器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢作一此深入的介紹和分析，以期對我國1 000 kV特高壓輸變電系統(tǒng)的研究、設(shè)計和建設(shè)能起到參考和借鑒作用。

1 烏克蘭變壓器技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

　　烏克蘭是世界上少數(shù)已具有開發(fā)超高壓、特高壓輸變電技術(shù)經(jīng)驗的國家之一。烏克蘭扎布羅熱變壓器研究所是全世界最大的變壓器研究所，該研究所的主要工作范圍有：開展科研工作、設(shè)計工作、軟件工作、開發(fā)新產(chǎn)品、設(shè)計工裝設(shè)備及研究生產(chǎn)工藝、制造樣品和少量產(chǎn)品、電氣設(shè)備試驗、修理復雜的電氣設(shè)備、研究并提出國家標準、產(chǎn)品認證和咨詢服務(wù)。其進行過的重要產(chǎn)品開發(fā)和試驗項目有：DC±750 kV，320 MVA變壓器、平波電抗器、隔離開關(guān)；750 kV并聯(lián)電抗器；667 MVA，1 150/500 kV自耦變壓器模型；1 800/500 kV自耦變壓器模型；750～1 800 kV套管；DC 600 kV脈沖裝置；220～500 kV中性點套管；干式變壓器環(huán)境試驗容量達到1 600 kVA；750 kV及以下電磁式電流互感器；500 kV及以下電磁式電壓互感器；750 kV電容式電壓互感器。
　　
2 俄羅斯變壓器技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

　　俄羅斯20世紀70年代已做出了單相417 MVA/1 150 kV、三相1 000 MVA/500 kV的變壓器，80年代做出單相667 MVA/1 150 kV與三相1 250 MVA/330 kV的變壓器。

2.1 根據(jù)運行經(jīng)驗對變壓器設(shè)計和工藝的改進
　　1955～1990年，工廠生產(chǎn)的電力變壓器參數(shù)有了大幅度提高，電壓等級從220 kV提高到了1 150 kV，三相變壓器的容量從240 MVA提高到了1 250 MVA，單相變壓器的容量從250 MVA提高到667 MVA。
　　通過運行事故的反饋，烏克蘭扎布羅熱變壓器研究所對一系列課題作了深入研究，取得了很好的改進效果，在系統(tǒng)中運行的240臺750 kV電力變壓器近15年無一臺發(fā)生事故，可靠性達到了較高的程度。在此基礎(chǔ)上，該研究所還系統(tǒng)地開發(fā)了變壓器的計算機輔助設(shè)計程序。

2.2 烏克蘭扎布羅熱變壓器廠
　　烏克蘭扎布羅熱變壓器廠（ZTR）是世界上最大的變壓器廠，它可生產(chǎn)電力和配電變壓器、電抗器、分裂電抗器、電壓互感器、電流互感器、DC換流變壓器、封閉母線（單相或三相）等。ZTR所生產(chǎn)的產(chǎn)品有70%用于出口，已有75個國家進口了該廠的變壓器，其中中國從該廠進口了73臺500 kV電力變壓器。ZTR生產(chǎn)過的主要產(chǎn)品有：① 三相1250 MVA/347 kV變壓器6臺（1980年生產(chǎn)）；三相1 000 MVA/500 kV發(fā)電機升壓變壓器21臺；三相三繞組300 MVA，500/154/38 kV變壓器。② 單相417 MVA，750/500 kV變壓器67臺（1978年生產(chǎn)）；單相533 MVA，500/330 kV與單相417 MVA，1 150/500 kV變壓器各1臺（1981年生產(chǎn)）；單相667/180 MVA，1 150/500 kV自耦變壓器26臺（1979年生產(chǎn)20臺，1972年生產(chǎn)6臺）。③ 320 MVA，±750 kV換流變壓器。④ 120 Mvar，800 kV和300 Mvar，1 150 kV并聯(lián)電抗器及其中性點電抗器。⑤ OLTC330 kV，2 000 A。⑥ 單相60 Mvar，500 kV可控電抗器1臺（1989年生產(chǎn)）。⑦ 417/50 MVA變壓器143臺（1972年生產(chǎn)105臺，1973年生產(chǎn)38臺）。⑧ 3相25 Mvar，110 kV可控電抗器1臺（1997年生產(chǎn)）。⑨ 單相500 MVA，765/345 kV±13%（每級1.3%）自耦變壓器出口巴西，P0=200 kW，Pk=700 kW。⑩ 配電變壓器及各種特種變壓器。 35 kV，31.5 kA封閉母線。
　　ZTR生產(chǎn)的鐵心綁扎采用粘帶綁扎，鐵心柱內(nèi)填一層薄紙筒紙板，然后綁上粘帶，鐵心夾件采用鋼帶拉緊，與西門子、ABB公司所生產(chǎn)的變壓器結(jié)構(gòu)相似。繞組電壓在500 kV及以上一律采用的是油流不導向結(jié)構(gòu)，所以繞組內(nèi)徑、外徑有鎖撐，看不見線餅里存在擋油板。變壓器附件較為落后，放油閥門采用的是水閥，油箱加工較為粗糙，油箱頂部斜坡較大，工人操作困難。變壓器采用磁屏蔽，硅鋼片寬度約為80 mm，厚度為15～30 mm，端部用電焊把硅鋼片焊在一起。變壓器套管結(jié)構(gòu)較落后，套管上部帶了一個鐵絲均壓罩，不設(shè)均壓球，套管油壓靠另外設(shè)置的一個小油枕。
　　
3 日本變壓器技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

　　為了滿足21世紀日益增長的電力需求，東京電力公司（TEPCO）開發(fā)了日本第一套1 000 kV輸電系統(tǒng)，并且正在Shin-Haruna變電站1 000 kV試驗場運行以測試1 000 kV設(shè)備的性能及可靠性。三菱電氣開發(fā)了多種1 000 kV電氣設(shè)備。東芝公司的Ako工廠生產(chǎn)了一款1 000 kV用于資格測試的有載調(diào)壓單相殼式變壓器。下面對東芝公司生產(chǎn)的1 000 kV變壓器的規(guī)格、構(gòu)造、安裝和測試情況進行介紹。

3.1 規(guī)格
　　東芝公司1 000 kV有載調(diào)壓單相殼式變壓器的基本規(guī)格參數(shù)見表1。
　　

　　高壓和中壓側(cè)容量的選擇主要是為了滿足最大輸送容量的要求。第三繞組容量1 200 MVA（40%的高壓和中壓側(cè)容量）的選擇主要是為了滿足1 000 kV輸電線路所要求的最大視在容量。低壓側(cè)繞組額定電壓如果像500 kV變壓器那樣選擇63 kV的話，將會導致很大的故障電流，選擇147 kV是為了使得和低壓側(cè)繞組相聯(lián)設(shè)備的體積不致增加。阻抗值（短路電壓百分比）選擇18%是考慮到電網(wǎng)的最大穩(wěn)定性，它是由接地故障電流的抑制和變壓器設(shè)計的經(jīng)濟性等因素決定的。因為1 000 kV變電站將建在山區(qū)，所以所有的變壓器配件都必須采用鐵路或大型拖車來運送。為了滿足運輸條件的限制，1 000 kV變壓器的主體部分被拆成了兩個單元，每個單元都配備一套自動有載調(diào)壓裝置。長期交流工頻耐受電壓的選擇是由對未來1 000 kV輸電系統(tǒng)的故障分析所得到的，在試驗過程中不得出現(xiàn)局部放電。雷擊脈沖承受試驗電壓是由具有高性能避雷器的1 000 kV輸電系統(tǒng)的暫態(tài)電壓分析所得到的。高壓側(cè)選擇1 950 kV，中壓側(cè)選擇1 300 kV。65 dB的噪聲水平主要是為了使變電站的噪聲降至最小，可通過在變壓器周圍安裝鋼板屏障來實現(xiàn)。