750 kV变压器的研制

摘　要： 由保定天威保变电气股份有限公司自主研发的用于750 kV输变电示范工程的4台750 kV变压器产品均为一次试验、试制成功，各项性能指标完全满足或优于用户的要求，2005年9月26日顺利投产后运行情况良好。文章介绍了500 MVA/750 kV变压器的主要性能参数，分析了其成功研制750 kV变压器的技术基础，对750 kV变压器研制的关键技术，如产品总体结构、主纵绝缘结构、漏磁分析、防止局部过热、抗短路能力和制造与试验技术等进行了重点介绍。
　　关键词： 电力系统；国家电网；750 kV输变电示范工程；750 kV变压器；国产化

　　在我国750 kV输变电示范工程主变压器设备的招标中，保定天威保变电气股份有限公司(下称天威保变)凭借自己良好的500 kV变压器运行业绩和雄厚的技术基础一举中标4台500 MVA/750 kV主变压器的研制任务。天威保变在“九五”1 000 kV特高压变压器相关技术研究的基础上，针对750 kV变压器研制开展了大量深入的研究工作，于2004年10月19日成功研制出我国首台750 kV变压器。2005年9月26日，4台750 kV变压器成功实现了挂网运行。

1 750 kV变压器的主要性能参数

　　国内首台750 kV变压器在2003年10月19日一次试制成功，各项性能指标完全满足或优于用户的要求，其主要性能指标的试验值、要求值比较见表1。


2 750 kV变压器研制的技术基础

2.1 前期科研情况
　　在“七五”至“九五”期间，天威保变针对500 kV大容量变压器进行了大量的科研开发工作，从而使其500 kV变压器拥有良好的产品质量和运行业绩。在“九五”期间，天威保变针对1 000 kV特高压变压器研制所涉及到的绝缘技术、短路强度、局部过热、油流带电、运输问题等关键技术进行了深入的研究。如开展了大型变压器防止局部过热技术的模型试验研究、进行了变压器冲击梯度模型和产品的测量试验研究、开展了变压器油流带电问题的试验研究等，并与有关大学合作开发或升级了变压器电场、磁场、波过程、油流温度场、短路机械强度计算等大型分析计算软件，取得了多项研究成果，为750 kV变压器的开发奠定了技术基础。

2.2 国外先进技术的引进、消化与吸收
　　在“八五”、“九五”期间，天威保变对引进日本东芝公司、日立公司的变压器设计制造技术进行了广泛的消化、吸收及二次开发工作，从而使公司的整体技术水平得到了大幅提高。在“十五”期间，同西门子公司合作一举中标三峡左岸电站840 MVA/500 kV变压器的制造，同时引进了具有国际领先水平的西门子公司500 kV变压器设计制造技术。经过对西门子公司500 kV变压器设计制造技术的消化吸收和三峡左岸电站变压器的成功合作制造，天威保变基本掌握了西门子公司的变压器设计制造技术。如西门子公司的计算分析技术已应用于本公司的产品设计中，先进结构已大量成功应用在本公司的产品上。这些对提高公司的整体技术水平起到了极大的推动作用，为此次750 kV变压器的研制发挥了重要的作用。

2.3 1 000 kV特高压变压器样机的研制
　　为了验证1 000 kV级产品相关研究的成果，结合对500 kV并联电抗器试验的需要，于2002年试制成功了1台160 MVA，1 050 kV单相电力变压器，为设计、制造750 kV变压器打下了坚实的基础。1 000 kV特高压变压器样机的主要参数和指标如下：
产品名称　　　　单相强油风冷电力变压器
产品型号　　　　DFP-160000/1050
额定容量/MVA　　160

额定电压
绝缘水平　　　　SI1675LI2250AC950-LI480AC200/LI325AC140
阻抗电压/%　　　14
冷却方式　　　　强油风冷（ODAF）

2.4 厂房设备的技术条件
　　天威保变经过“八五”、“九五”期间的大量技术改造，建成了具有国际一流水平的双百万(100万 kVA、100万 kV)巨型装配厂房和超高压试验室，引进了具有国际领先水平的大型绕线机、绝缘件加工中心、乔格铁心剪切线、煤油气相干燥设备、局部放电测试仪、谐波分析仪等仪器设备，特别是针对三峡工程变压器的研制，公司又投巨资进行了大规模的技术改造，使公司的变压器制造技术达到了一个新水平，完全具备750 kV变压器研制的条件。

3 750 kV变压器研制的关键技术

　　750 kV变压器是目前国内电压等级最高、单相容量最大的变压器，涉及到产品总体结构、主纵绝缘结构、漏磁分析、防止局部过热、抗短路能力和制造与试验技术等多项关键技术，天威保变对此进行了大量的、深入的研究，取得了丰硕的成果。

3.1 产品总体结构的确定
　　该产品是国内首次研制的750 kV自耦联络变压器。公司根据其技术特点，通过总结多年来成熟的500 kV变压器设计经验，分析研究国内外超高压变压器技术资料，同时基于该产品的特殊意义，确立了产品运行安全可靠第一的设计思想。在重点解决绝缘结构、漏磁场分析、抗短路能力等关键技术问题的基础上，通过对两柱并联和串联、强油冷却和自然冷却、励磁线圈结构等不同结构方案的分析比较，借鉴500 kV变压器成熟的结构和技术，结合变压器安装位置、国内运输条件，以及产品运行对可靠性的要求，最终确定采用两柱并联、强油冷却的总体结构。

3.2 变压器主绝缘研究
　　根据GB 1094.3—2003的要求，750 kV变压器在绝缘试验中需进行带有局部放电测量的短时感应耐压试验（ACSD），即在感应耐压试验时监测局放，试验中监测到的局放电压比以往产品长时感应耐压试验（ACLD）的监测局放电压提高了10%，因此750 kV变压器对绝缘设计提出了更高的要求。同时，局部放电测量已经成为考核超高压变压器绝缘结构可靠性的重要手段，局部放电量的大小对产品绝缘性能具有很大影响。
　　750 kV变压器的绝缘设计采用了无局放设计，其绝缘结构采用了传统的油纸绝缘，各绕组之间主绝缘采用薄纸筒小油隙结构，绕组端部利用成型角环合理分割油隙。为了保证变压器各部位的绝缘具有足够的裕度，在绝缘设计时对绝缘结构进行了全场域分析，计算在ACSD、雷电冲击试验和操作冲击试验等各种绝缘试验情况下绕组间主绝缘结构、绕组端部绝缘结构的电场分布，对绝缘结构中的每一个油隙都要进行绝缘强度校算，并根据计算结果优化绝缘结构设计。通过在关键部位采取局部加强、结构改进等措施，避免局部场强集中，提高了整个油纸绝缘系统的绝缘强度。

3.3 变压器纵绝缘研究
　　变压器纵绝缘主要包括段间油道绝缘分析、高压绕组内外表面绝缘分析及调压绕组绝缘结构的研究。
　　绕组段间油道绝缘强度分析是利用绕组冲击分布计算软件计算在各种冲击试验工况下各绕组油道的梯度分布，根据计算和模型试验研究结果，调整油道结构并采取局部加强等措施，保证各油道冲击绝缘具有足够的裕度。
　　750 kV变压器产品高压绕组冲击试验电压为全波1 950 kV，截波2 100 kV，比500 kV产品的冲击电压提高了25%，因此高压绕组的纵绝缘结构是本产品纵绝缘研究的重点。经研究决定采用铁路运输方式运输后，高压绕组的高度将受到一定限制。高压绕组的纵绝缘设计不仅要严格校算各油道的冲击绝缘强度，更要分析沿绕组内外表面的轴向爬电，采取有效措施，降低绕组内外表面电极及相邻纸筒表面的场强，防止轴向贯穿性放电。
　　调压绕组采用了螺旋式结构，由于绕组串联电容小，在冲击试验时可能产生较大的振荡，在设计过程中，利用冲击分布计算软件计算并校算了调压绕组的冲击绝缘强度，同时为了进一步研究螺旋式绕组的冲击特性，在研究模型上进行了实体冲击测量。根据冲击测量结果分析可以看出，测量值与计算值较为接近，满足工程设计误差要求，证明调压绕组绝缘设计具有足够的绝缘强度，设计方法准确。

3.4 750 kV引线绝缘结构的设计
　　根据750 kV变压器的结构特点，750 kV引线采用成型可卸式引线。通过对该结构进行深入研究，解决了绕组出线并联结构、箱壁开孔屏蔽结构、引线固定结构、引线装配等问题。在结构设计中，详细分析计算了引线各个剖面的电场分布。通过调整引线结构，提高了引线的绝缘性能。使该引线具有绝缘强度高、安装工艺性好的特点。

3.5 漏磁场分析及防止局部过热研究
　　750 kV变压器的单相容量为500 MVA，计算漏磁场的分布并解决由此产生的结构损耗、局部过热问题也是本产品的研究重点。在产品设计时首先利用磁场计算软件计算铁心夹件、拉带、拉板以及油箱等钢结构件中漏磁分布，根据计算结果，同以往类似结构产品的计算和模型测量值进行对比，针对不同的结构件特点，选取不同的涡流密度允许值，控制结构件中的杂散损耗，防止局部过热的产生。
　　为了确保产品内部不出现任何部位的局部过热现象，在详细计算分析的基础上，在产品进行长时间满负荷温升试验时，对变压器内部有可能过热的结构件进行了实际温度测量，对油中气体含量进行了监测和分析，测量结果及监测的整个过程未发现任何可疑的现象。

3.6 抗短路能力分析
　　利用短路力计算软件，在分析绕组漏磁场分布的基础上计算了在各种短路条件下的绕组机械力及导线应力。根据计算结果调整绕组安匝分布，改善漏磁分布。基于漏磁分布的优化计算，合理选取导线线规，使得导线应力取得极小值，并提高选用导线的硬度，使各绕组具有足够的抗短路能力。

3.7 变压器内部冷却油流分布温度场的计算分析
　　为了保证对变压器内部绕组导体的有效冷却，同时又防止冷却油流过大而产生油流带电现象，在学习吸收国外有关技术的基础上，利用自主开发的变压器油流分布温度场计算软件对750 kV变压器内部的冷却油流分布和各绕组内部的温度分布进行了详尽的计算分析，在保证变压器油散热效率的情况下，通过合理控制油流分布，均匀油流速度，达到了抑制油流带电的目的，同时使变压器绕组和油各部位的温度值控制在允许的范围内。

3.8 制造工艺技术研究
　　750 kV变压器在500 kV电压等级的基础上又上升了一个台阶，对生产环境、设备、材料、工具、人员等提出了新的更高的要求，原来500 kV变压器制造的许多经验已经不能完全适应750 kV产品的制造。为了保证750 kV变压器的制造质量，根据其特殊要求，公司组织力量针对绕组制造、绝缘件制造、变压器总装配开展了多项试验研究。另外，工艺部门还进行了全面细致的工艺技术准备工作，首先对产品结构、产品制造环境、产品所用材料、工装工具等进行了分析研究, 分析研究绝缘材料及辅助材料金属粒子含量并进行检测验证；其次制定了生产环境改进及控制措施、产品所用材料及辅助材料的质量标准和控制使用方法；还制定了各生产工序的产品试制工艺方案，设计制作了新型工装工具。

3.9 试验检测技术研究
　　在750 kV变压器产品的设计过程中，为满足技术协议、运输高度及质量的要求，采用了较多特殊的结构，并且产品技术协议要求按照新版的IEC标准进行试验。为顺利完成产品试验，公司在试验技术、试验设备等方面进行了充分的准备和研究，编制了750 kV变压器试验方案，全部试验项目均为一次成功，得到了意大利监造代表的肯定。
　　为了保证500 MVA/750 kV变压器制造时每道工序的程序和质量符合要求，公司加大了产品制造过程控制的力度，为此质量保证部门制定了专门的质量控制计划，根据750 kV变压器工艺文件、图纸和合同等编制制造过程检验指导书，并在跟踪检查过程中不断完善。对外购、外协件制定专项检验计划，制定了进厂原材料、组件、油箱及其他结构件的进厂检验指导书。

4 结束语

　　由天威保变自主研发的国内首台500 MVA/750 kV变压器在2004年10月19日一次试制成功，其余3台产品也均为一次试验合格，各项性能指标完全满足或优于用户的要求。其中，高压绕组合同要求局放100 pC，而实际测量值30 pC；中低绕组合同要求局放200 pC，而实际测量值20 pC；变压器的实际空载、负载和总损耗值也明显低于合同要求值。目前，这4台500 MVA/750 kV单相自耦变压器产品均已在青海官厅变电站顺利投入运行且情况良好。750 kV变压器的成功投运，为1 000 kV特高压变压器的开发研制奠定了坚实的基础。