国外特高压变压器技术现状及发展趋势分析

    随着大型水电、火电及核电基地的建设，我国对远距离、大容量超高压及特高压输电的需求日益增加。在现已运行的电网中，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 。 2005 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 1 000 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 1 000 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 ， 1 150/500 kV 自耦变压器模型; 1 800/500 kV 自耦变压器模型; 750 ～ 1 800 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 1 600 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/1 150 kV 、三相 1 000 MVA/500 kV 的变压器， 80 年代做出单相 667 MVA/1 150 kV 与三相 1 250 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 1 150 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 500 kV 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 1 000 MVA/500 kV 发电机升压变压器 21 台;三相三绕组 300 MVA ， 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 ， 1 150/500 kV 变压器各 1 台( 1981 年生产);单相 667/180 MVA ， 1 150/500 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 ， 800 kV 和 300 Mvar ， 1 150 kV 并联电抗器及其中性点电抗器。⑤ OLTC330 kV ， 2 000 A 。⑥ 单相 60 Mvar ， 500 kV 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 25 Mvar ， 110 kV 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=200 kW ， Pk=700 kW 。⑩ 配电变压器及各种特种变压器。 35 kV ， 31.5 kA 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 500 kV 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 80 mm ，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 1 000 kV 输电系统，并且正在 Shin-Haruna 变电站 1 000 kV 试验场运行以测试 1 000 kV 设备的性能及可靠性。三菱电气开发了多种 1 000 kV 电气设备。东芝公司的 Ako 工厂生产了一款 1 000 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 1 000 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 1 000 kV 有载调压单相壳式变压器的基本规格参数见表 1 。

　　表 1 1 000 kV 有载调压单相壳式变压器基本参数额定容量 /MVA 3 000/3

　　第三绕组容量 /MVA 1 200/3

　　额定高压侧电压 /kV 1 050/

　　额定中压侧电压 /kV 525/

　　额定低压侧电压 /kV 147 kV

　　调压范围

　　986 6/ ～ 1 133.6/ 范围内 27 档调节

　　测试电压

　　雷击脉冲承受电压原边侧 1 950 kV ，次级侧 1 300 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=1 100/ 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 1 200 MVA ( 40% 的高压和中压侧容量)的选择主要是为了满足 1 000 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 1 000 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， 1 000 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 1 000 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 1 000 kV 输电系统的暂态电压分析所得到的。高压侧选择 1 950 kV ，中压侧选择 1 300 kV 。 65 dB 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。　