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    在現已運行的國家電網中,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 。2010年底交流750 kV 電壓等級的電網即將投運,目前又在規劃、研究、探討直流± 800 kV 、交流1000 kV 及以上電壓等級特高壓電網的建設。文章對國外特高壓(UHV) 輸變電技術,特別是變壓器技術的現狀及發展趨勢作一此深入的介紹和分析,以期對我國1000 kV 特高壓輸變電系統的研究、設計和建設能起到參考和借鑒作用。


1 烏克蘭變壓器技術現狀及發展趨勢
    烏克蘭是世界上少數已具有開發超高壓、特高壓輸變電技術經驗的國家之一。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、設計工作、軟件工作、開發新產品、設計工裝設備及研究生產工藝、制造樣品和少量產品、電氣設備試驗、修理復雜的電氣設備、研究并提出國家標準、產品認證和咨詢服務。其進行過的重要產品開發和試驗項目有:DC ± 750 kV ,320 MVA 變壓器、平波電抗器、隔離開關;750 kV 并聯電抗器;667 MVA ,1150/500 kV 自耦變壓器模型;1800/500 kV 自耦變壓器模型;750 ~1800 kV 套管;DC 600 kV 脈沖裝置;220 ~500 kV 中性點套管;干式變壓器環境試驗容量達到1600 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 俄羅斯變壓器技術現狀及發展趨勢
   俄羅斯20世紀70年代已做出了單相417 MVA/1150 kV 、三相1000 MVA/500 kV 的變壓器, 80 年代做出單相 667 MVA/1 150 kV 與三相1250 MVA/330 kV 的變壓器。
  2.1 根據運行經驗對變壓器設計和工藝的改進
    1955~1990 年,工廠生產的電力變壓器參數有了大幅度提高,電壓等級從220 kV 提高到了1150 kV ,三相變壓器的容量從240 MVA 提高到了1250 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,在系統中運行的 240 臺750 kV 電力變壓器近15年無一臺發生事故,可靠性達到了較高的程度。在此基礎上,該研究所還系統地開發了變壓器的計算機輔助設計程序。
  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 所生產的產品有 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500kV電力變壓器。ZTR 生產過的主要產品有:
   ① 三相 1250 MVA/347 kV 變壓器6臺(1980 年生產);三相1000 MVA/500kV 發電機升壓變壓器21臺;三相三繞組300MVA,500/154/38 kV變壓器。
   ② 單相417 MVA,750/500 kV 變壓器67臺( 1978 年生產);單相 533 MVA,500/330 kV 與單相 417 MVA,1150/500 kV變壓器各1臺(1981 年生產);單相 667/180 MVA,1150/500 kV 自耦變壓器26臺(1979 年生產20臺,1972年生產6臺)。
   ③ 320 MVA,± 750 kV換流變壓器。
   ④ 120 Mvar,800kV和300Mvar,1 150 kV并聯電抗器及其中性點電抗器。
   ⑤ OLTC330 kV,2000A。
   ⑥ 單相 60 Mvar,500kV 可控電抗器1臺(1989年生產)。
   ⑦ 417/50 MVA 變壓器143臺(1972年生產105臺,1973 年生產 38 臺)。
   ⑧ 3相25Mvar,110kV 可控電抗器1臺(1997 年生產)。
   ⑨ 單相 500 MVA,765/345 kV ± 13% (每級 1.3% )自耦變壓器出口巴西,P0=200kW,Pk=700 kW 。
   ⑩ 配電變壓器及各種特種變壓器。35kV,31.5kA 封閉母線。
    ZTR 生產的鐵心綁扎采用粘帶綁扎,鐵心柱內填一層薄紙筒紙板,然后綁上粘帶,鐵心夾件采用鋼帶拉緊,與西門子、 ABB 公司所生產的變壓器結構相似。繞組電壓在500kV及以上一律采用的是油流不導向結構,所以繞組內徑、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80mm ,厚度為 15 ~ 30 mm,端部用電焊把硅鋼片焊在一起。變壓器套管結構較落后,套管上部帶了一個鐵絲均壓罩,不設均壓球,套管油壓靠另外設置的一個小油枕。

3 日本變壓器技術現狀及發展趨勢

   為了滿足 21 世紀日益增長的電力需求,東京電力公司( TEPCO )開發了日本第一套1000 kV 輸電系統,并且正在 Shin-Haruna 變電站1000 kV 試驗場運行以測試1000 kV 設備的性能及可靠性。三菱電氣開發了多種1000 kV 電氣設備。東芝公司的 Ako 工廠生產了一款1000 kV 用于資格測試的有載調壓單相殼式變壓器。下面對東芝公司生產的1000 kV 變壓器的規格、構造、安裝和測試情況進行介紹。
  3.1 規格
    東芝公司1000 kV 有載調壓單相殼式變壓器的基本規格參數。
    額定容量 /MVA 3000/3
    第三繞組容量 /MVA 1200/3
    額定高壓側電壓 /kV 1050/
    額定中壓側電壓 /kV 525/
    額定低壓側電壓 /kV 147 kV
    調壓范圍
    9866/ ~1133.6/ 范圍內 27 檔調節
    測試電壓
    雷擊脈沖承受電壓原邊側1950 kV ,次級側1300 kV
    長期工頻耐受電壓 交流 1.5E 1 h ; E 5 min ; 1.5E 1 h
    阻抗 18%
    冷卻方式 強迫油循環,強迫風冷
    噪聲等級 65 dB
    注: E=1100/ kV
    高壓和中壓側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 1200 MVA (40% 的高壓和中壓側容量)的選擇主要是為了滿足1000 kV輸電線路所要求的最大視在容量。低壓側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繞組相聯設備的體積不致增加。阻抗值(短路電壓百分比)選擇 18% 是考慮到電網的最大穩定性,它是由接地故障電流的抑制和變壓器設計的經濟性等因素決定的。因為1000 kV 變電站將建在山區,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,1000 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壓裝置。長期交流工頻耐受電壓的選擇是由對未來 1000 kV輸電系統的故障分析所得到的,在試驗過程中不得出現局部放電。雷擊脈沖承受試驗電壓是由具有高性能避雷器的1000 kV輸電系統的暫態電壓分析所得到的。高壓側選擇1950 kV ,中壓側選擇1300 kV。65dB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。
  3.2 構造
   1000 kV 變壓器的電壓和容量都是 500 kV 變壓器的 2 倍,它是日本目前使用的最大的變壓器。但是,運輸和安裝空間的限制要求運輸尺寸不能比500kV 變壓器的大。所以選擇把單相變壓器分成 2 個單元,每個單元都具有和1 個500 kV ,1500/3 MVA 變壓器相同的容量。這2個單元可以通過一個油—汽襯墊的 T 型套管并聯運行。1000 kV 變壓器必須能夠承受500 kV 變壓器2倍的電壓,而應滿足運輸限制所要求的最小絕緣距離。因此,繞組的排列和絕緣的構造都應盡量減小電場的局部聚集,并且安排了大量的屏障用來把油空間恰當地分隔開;還采用凈化處理工藝來減少油中的雜質,這樣有助于保證更大的絕緣裕度,如果僅僅用絕緣紙,那么1000 kV 導線的絕緣是不可接受的,采用了多層屏障來減小導線到變壓器外殼之間的絕緣距離。

4 結語

    現在,可以進行長期勵磁試驗的1000 kV 變壓器已經生產出來,經過測試這些變壓器的經濟運行是切實可靠。1000 kV 變壓器的發展、制造、運輸和裝配技術也可以用來提高500 kV 及以下電壓等級變壓器的質量。


 

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