摘 要: 文章對(duì)國(guó)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(shì)進(jìn)行了介紹和分析,希望對(duì)我國(guó)1 000 kV特高壓輸變電系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)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
隨著大型水電、火電及核電基地的建設(shè),我國(guó)對(duì)遠(yuǎn)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(yùn)行的電網(wǎng)中,我國(guó)直流最高電壓等級(jí)為±500 kV,交流最高電壓等級(jí)也為500 kV。2005年底交流750 kV電壓等級(jí)的電網(wǎng)即將投運(yùn),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(jí)特高壓電網(wǎng)的建設(shè)。文章對(duì)國(guó)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(shì)作一此深入的介紹和分析,以期對(duì)我國(guó)1 000 kV特高壓輸變電系統(tǒng)的研究、設(shè)計(jì)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(shì)
烏克蘭是世界上少數(shù)已具有開(kāi)發(fā)超高壓、特高壓輸變電技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的國(guó)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(kāi)展科研工作、設(shè)計(jì)工作、軟件工作、開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品、設(shè)計(jì)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(yàn)、修理復(fù)雜的電氣設(shè)備、研究并提出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品認(rèn)證和咨詢服務(wù)。其進(jìn)行過(guò)的重要產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)項(xiàng)目有:DC±750 kV,320 MVA變壓器、平波電抗器、隔離開(kāi)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(diǎn)套管;干式變壓器環(huán)境試驗(yàn)容量達(dá)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(shì)
俄羅斯20世紀(jì)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)對(duì)變壓器設(shè)計(jì)和工藝的改進(jìn)
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(jí)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(guò)運(yùn)行事故的反饋,烏克蘭扎布羅熱變壓器研究所對(duì)一系列課題作了深入研究,取得了很好的改進(jìn)效果,在系統(tǒng)中運(yùn)行的240臺(tái)750 kV電力變壓器近15年無(wú)一臺(tái)發(fā)生事故,可靠性達(dá)到了較高的程度。在此基礎(chǔ)上,該研究所還系統(tǒng)地開(kāi)發(fā)了變壓器的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(gè)國(guó)家進(jìn)口了該廠的變壓器,其中中國(guó)從該廠進(jìn)口了73臺(tái)500 kV電力變壓器。ZTR生產(chǎn)過(guò)的主要產(chǎn)品有:① 三相1250 MVA/347 kV變壓器6臺(tái)(1980年生產(chǎn));三相1 000 MVA/500 kV發(fā)電機(jī)升壓變壓器21臺(tái);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(tái)(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(tái)(1981年生產(chǎn));單相667/180 MVA,1 150/500 kV自耦變壓器26臺(tái)(1979年生產(chǎn)20臺(tái),1972年生產(chǎn)6臺(tái))。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(diǎn)電抗器。⑤ OLTC330 kV,2 000 A。⑥ 單相60 Mvar,500 kV可控電抗器1臺(tái)(1989年生產(chǎn))。⑦ 417/50 MVA變壓器143臺(tái)(1972年生產(chǎn)105臺(tái),1973年生產(chǎn)38臺(tái))。⑧ 3相25 Mvar,110 kV可控電抗器1臺(tái)(1997年生產(chǎn))。⑨ 單相500 MVA,765/345 kV±13%(每級(jí)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(mén)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(dǎo)向結(jié)構(gòu),所以繞組內(nèi)徑、外徑有鎖撐,看不見(jiàn)線餅里存在擋油板。變壓器附件較為落后,放油閥門(mén)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(gè)鐵絲均壓罩,不設(shè)均壓球,套管油壓靠另外設(shè)置的一個(gè)小油枕。
3、日本變壓器技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
為了滿足21世紀(jì)日益增長(zhǎng)的電力需求,東京電力公司(TEPCO)開(kāi)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(yàn)場(chǎng)運(yùn)行以測(cè)試1 000 kV設(shè)備的性能及可靠性。三菱電氣開(kāi)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(cè)試的有載調(diào)壓?jiǎn)蜗鄽な阶儔浩?。下面?duì)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(cè)試情況進(jìn)行介紹。
3.1 規(guī)格
東芝公司1 000 kV有載調(diào)壓?jiǎn)蜗鄽な阶儔浩鞯幕疽?guī)格參數(shù)見(jiàn)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(huì)導(dǎo)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(jì)的經(jīng)濟(jì)性等因素決定的。因?yàn)? 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(chē)來(lái)運(yùn)送。為了滿足運(yùn)輸條件的限制,1 000 kV變壓器的主體部分被拆成了兩個(gè)單元,每個(gè)單元都配備一套自動(dòng)有載調(diào)壓裝置。長(zhǎng)期交流工頻耐受電壓的選擇是由對(duì)未來(lái)1 000 kV輸電系統(tǒng)的故障分析所得到的,在試驗(yàn)過(guò)程中不得出現(xiàn)局部放電。雷擊脈沖承受試驗(yàn)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(guò)在變壓器周?chē)惭b鋼板屏障來(lái)實(shí)現(xiàn)。
3.2 構(gòu)造
1 000 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(yùn)輸和安裝空間的限制要求運(yùn)輸尺寸不能比500 kV變壓器的大。所以選擇把單相變壓器分成2個(gè)單元,每個(gè)單元都具有和1個(gè)500 kV,1 500/3 MVA變壓器相同的容量。這2個(gè)單元可以通過(guò)一個(gè)油—汽襯墊的T型套管并聯(lián)運(yùn)行。1 000 kV變壓器必須能夠承受500 kV變壓器2倍的電壓,而應(yīng)滿足運(yùn)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(gòu)造都應(yīng)盡量減小電場(chǎng)的局部聚集,并且安排了大量的屏障用來(lái)把油空間恰當(dāng)?shù)胤指糸_(kāi);還采用凈化處理工藝來(lái)減少油中的雜質(zhì),這樣有助于保證更大的絕緣裕度,如果僅僅用絕緣紙,那么1 000 kV導(dǎo)線的絕緣是不可接受的,采用了多層屏障來(lái)減小導(dǎo)線到變壓器外殼之間的絕緣距離。
4、結(jié)語(yǔ)
現(xiàn)在,可以進(jìn)行長(zhǎng)期勵(lì)磁試驗(yàn)的1 000 kV變壓器已經(jīng)生產(chǎn)出來(lái),經(jīng)過(guò)測(cè)試這些變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行是切實(shí)可靠。1 000 kV變壓器的發(fā)展、制造、運(yùn)輸和裝配技術(shù)也可以用來(lái)提高500 kV及以下電壓等級(jí)變壓器的質(zhì)量。
作者簡(jiǎn)介:
馮慶東(1964-),男,博士,高級(jí)工程師,IEEE會(huì)員,主要從事電力系統(tǒng)及自動(dòng)化方面的研究;
王 偉(1979-),男,博士研究生,主要研究領(lǐng)域?yàn)殡娏ο到y(tǒng)及其自動(dòng)化。