±1100kV直流輸電項(xiàng)目換流變壓器的研究及質(zhì)量管控

宋承志 邱劍鋒

摘 要：本文通過(guò)±1100kV換流變壓器的初期設(shè)計(jì)方案研究及該項(xiàng)目ABB公司的設(shè)計(jì)培訓(xùn)、生產(chǎn)過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，分析產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過(guò)程的結(jié)構(gòu)難點(diǎn)和重要的關(guān)注要點(diǎn)，以實(shí)際的質(zhì)量管控過(guò)程提煉有針對(duì)性的質(zhì)量控制措施。

關(guān)鍵詞：±1100kV；換流變壓器；質(zhì)量管控

一、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

±1100kV特高壓直流輸電技術(shù)是一個(gè)全新的電壓等級(jí)，也是目前世界輸電技術(shù)的最高點(diǎn)，新疆電網(wǎng)以750kV交流電壓等級(jí)和西北電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)，若實(shí)現(xiàn)交直流并行輸電，網(wǎng)側(cè)電壓采用750kV，閥側(cè)電壓達(dá)到±1100kV。此產(chǎn)品依托國(guó)家電網(wǎng)公司準(zhǔn)東送出±1100kV特高壓直流輸電工程開(kāi)發(fā)研制。

±1100kV直流系統(tǒng)擬采用每極雙十二脈動(dòng)換流器“550kV+550kV”串聯(lián)的接線方案，如圖1所示。額定直流電流：4750A?？紤]投入備用冷卻設(shè)備后、在當(dāng)?shù)刈罡攮h(huán)境溫度下，直流系統(tǒng)的最大電流達(dá)到5000A。主回路考慮直流系統(tǒng)雙極運(yùn)行方式，1100kV直流額定輸送功率10450MW。

圖1 “550kV+550kV”換流器接線方案

換流變壓器電氣接線與每個(gè)12 脈動(dòng)閥組相連的有6臺(tái)換流變壓器，圖1中的 “換流變HY” 和“換流變LY”各3臺(tái)，換流變壓器的閥側(cè)繞組采用星形連接，“換流變HD” 和“換流變LD”各3臺(tái)，閥側(cè)繞組采用三角形連接。從高壓端到低壓端換流變壓器閥側(cè)繞組連接方式依次為星形接線-三角形接線-星形接線-三角形接線。

二、技術(shù)介紹

昌吉-古泉±1100項(xiàng)目（簡(jiǎn)稱(chēng)CG1100）是ABB公司與特變電工沈陽(yáng)合作生產(chǎn)，全球首臺(tái)±1100kV變壓器將在今年完成研發(fā)及生產(chǎn)，項(xiàng)目輸送容量為12GW，電壓等級(jí)分布和絕緣水平較以往的±800kV項(xiàng)目有相應(yīng)的提升，發(fā)送端變壓器單機(jī)容量為607.5MVA與10GW項(xiàng)目（509.4MVA）相比有一個(gè)較大的提升；直流各級(jí)電壓由±200、±400、±600、±800提升至±275、±550、±825、±1100，我公司與ABB合作生產(chǎn)高端（HVDC）±825、±1100產(chǎn)品，絕緣水平的提升決定產(chǎn)品主距和閥引線的結(jié)構(gòu)上有了較大的調(diào)整。整體結(jié)構(gòu)同10GW項(xiàng)目類(lèi)似，產(chǎn)品器身采用兩柱結(jié)構(gòu)（兩主柱兩旁柱），有載開(kāi)關(guān)內(nèi)置，冷卻方式為強(qiáng)油導(dǎo)向風(fēng)冷（ODAF）。

（一）產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)

1、節(jié)能、環(huán)保、高效。

目前，我國(guó)電力電壓等級(jí)最高的直流輸電項(xiàng)目為±800kV特高壓直流輸變電工程，但新疆能源基地距離中東部用電負(fù)荷中心超過(guò)2400公里，若采用±800kV特高壓直流輸電技術(shù)，電力外送損耗可能超過(guò)10%，因此，±1100kV直流輸電技術(shù)，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離大容量輸電的重大戰(zhàn)略舉措，更加節(jié)能、環(huán)保、高效。

2、傳輸容量大，建設(shè)成本降低。

±1100kV直流輸電與±800kV直流輸電、兩個(gè)±500kV直流輸電比較：

1）輸送容量大幅提升。

2）占地面積小。

3）輸電線路造價(jià)低，輸電用電纜與±800kV相近，比±800kV總體輸送容量高，比兩個(gè)±500kV輸電線路造價(jià)少一半。

（二）技術(shù)難點(diǎn)及解決方案

1、±1100kV換流變壓器運(yùn)輸

由于電壓等級(jí)和容量的雙重提升，運(yùn)輸已經(jīng)成為首要解決的大問(wèn)題。經(jīng)初步計(jì)算，，需考慮解體運(yùn)輸。這將會(huì)帶來(lái)現(xiàn)場(chǎng)搭建臨時(shí)廠房、設(shè)干燥爐、以及現(xiàn)場(chǎng)組裝、現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)等一系列問(wèn)題。因此最終確定原材料組部件從ABB公司分散運(yùn)輸?shù)缴蜃児?，在沈變公司完成線圈制作后，以運(yùn)輸桶方式運(yùn)至新疆±1100kV廠房，進(jìn)行后續(xù)絕緣、器身裝配及總裝配試驗(yàn)。

2、絕緣問(wèn)題

絕緣問(wèn)題存在兩大難點(diǎn)。閥側(cè)電壓±1100kV換流變壓器主絕緣結(jié)構(gòu)和網(wǎng)側(cè)電壓750kV端部出線結(jié)構(gòu)以及±1100 kV閥側(cè)出線絕緣。

±1100kV換流變壓器除了要經(jīng)受住長(zhǎng)期工作電壓、短時(shí)感應(yīng)試驗(yàn)電壓（ACSD）、長(zhǎng)時(shí)感應(yīng)試驗(yàn)電壓（ACLD）、長(zhǎng)時(shí)交流外施耐壓、操作沖擊試驗(yàn)、雷電沖擊試驗(yàn)等的考驗(yàn)外，還要經(jīng)受直流兩小時(shí)的直流耐壓和近四小時(shí)的極性反轉(zhuǎn)試驗(yàn)。線圈間和端部絕緣結(jié)構(gòu)的可靠性設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，利用電場(chǎng)分析程序計(jì)算在各種絕緣試驗(yàn)情況下的各油隙、絕緣紙板及電極表面場(chǎng)強(qiáng)，我們將通過(guò)合理選擇主、縱絕緣裕度，布置角環(huán)位置、數(shù)目及選擇合適的角環(huán)圓角值來(lái)保證其絕緣可靠性，全面分析沿電力線各油隙的電場(chǎng)分布以及沿絕緣紙板的爬電強(qiáng)度，通過(guò)優(yōu)化絕緣結(jié)構(gòu)消除整個(gè)絕緣系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。

3、試驗(yàn)裝備及能力

試驗(yàn)大廳的接地系統(tǒng)和屏蔽系統(tǒng)按照±1100 kV換流變壓器的水平進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)，由于±1100 kV換流變壓器閥側(cè)電壓較高，當(dāng)時(shí)對(duì)試驗(yàn)系統(tǒng)在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行了全面的升級(jí)建設(shè)。其主要設(shè)備的相關(guān)技術(shù)參數(shù)全部是特變電工自行提出與制造廠家共同研制和制造的，這些設(shè)備的電壓等級(jí)多為國(guó)內(nèi)或世界同行電壓等級(jí)最高的。進(jìn)行±1100 kV換流變壓器的試驗(yàn)，還需對(duì)試驗(yàn)大廳和試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行全面的升級(jí)。

（三）行業(yè)技術(shù)水平

對(duì)于±800kV級(jí)換流變壓器，世界范圍內(nèi)只有中國(guó)應(yīng)用。已經(jīng)運(yùn)行的三條線路為中國(guó)南方電網(wǎng)公司的云廣直流輸電工程、中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司的向上直流輸電工程、錦屏直流輸電工程，正在建設(shè)的中國(guó)南方電網(wǎng)公司的糯扎渡直流輸電工程、中國(guó)國(guó)家電網(wǎng)公司的哈密直流輸電工程、溪洛渡直流工程等。以上產(chǎn)品的國(guó)外生產(chǎn)廠家主要有德國(guó)Siemens、瑞典ABB，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠家有特變電工股份有限公司、西電西變、保定天威保變公司等。

而對(duì)于±1100kV級(jí)換流變壓器無(wú)論是在國(guó)外還是在國(guó)內(nèi)，都是第一次制造，缺乏成熟的經(jīng)驗(yàn)。必須解決一系列關(guān)鍵問(wèn)題：高電壓絕緣及局放問(wèn)題；750kV網(wǎng)側(cè)中性點(diǎn)有載開(kāi)關(guān)問(wèn)題；試驗(yàn)技術(shù)等。還要考慮換流變壓器的漏磁通、諧波及溫升的控制；直流偏磁及噪聲控制；抗短路性能和機(jī)械強(qiáng)度以及運(yùn)輸問(wèn)題。對(duì)于以上問(wèn)題，高電壓絕緣以及運(yùn)輸問(wèn)題尤其具有挑戰(zhàn)性。特變電工將不遺余力地開(kāi)發(fā)研制。

（四）質(zhì)量管控措施

針對(duì)±1100kV換流變的難點(diǎn)及以往換流變的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)，專(zhuān)項(xiàng)編制質(zhì)量計(jì)劃，從工序開(kāi)工先決條件檢查、材料驗(yàn)收、關(guān)鍵工序檢查、工序完工交檢及完工小結(jié)，分別以停止點(diǎn)（H點(diǎn)）、現(xiàn)場(chǎng)見(jiàn)證點(diǎn)（W點(diǎn)）進(jìn)行管控，絕不允許越點(diǎn)情況發(fā)生。在自檢互檢檢查合格的情況下，交由專(zhuān)檢檢查，專(zhuān)檢合格的產(chǎn)品首臺(tái)±1100和±825產(chǎn)品再由ABB專(zhuān)家檢查，最后對(duì)關(guān)鍵工序進(jìn)行廠內(nèi)鑒定。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要做到事事有人負(fù)責(zé)、分析、整改、落實(shí)、跟蹤，有效預(yù)防問(wèn)題的重復(fù)發(fā)生，保證產(chǎn)品質(zhì)量、保證一次試驗(yàn)合格。

1.在沈變操作檢查記錄的基礎(chǔ)上，參照ABB的±1100kV換流變檢查卡內(nèi)容和圖紙信息，形成各工序?qū)ｍ?xiàng)過(guò)程操作檢查記錄37份，在總工程師審批后下發(fā)執(zhí)行。

2.編制專(zhuān)用檢查用合格證（紅色標(biāo)簽），在材料驗(yàn)收以及各工序檢查結(jié)果的統(tǒng)一標(biāo)識(shí)。

3.針對(duì)下發(fā)的昌吉項(xiàng)目ABB公司學(xué)習(xí)資料，對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及相關(guān)注意事項(xiàng)進(jìn)行培訓(xùn)、學(xué)習(xí)，分析對(duì)比與以往產(chǎn)品的不同，并針對(duì)不同及特殊要求有針對(duì)性檢查準(zhǔn)備。

4.昌吉-古泉項(xiàng)目所有檢驗(yàn)人員均統(tǒng)一進(jìn)行設(shè)計(jì)、工藝培訓(xùn)并通過(guò)考試，獲得上崗資格證書(shū)。

5.硅鋼片、鋼板和電磁線三大主材，以專(zhuān)項(xiàng)檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行驗(yàn)收和理化試驗(yàn)，對(duì)電磁線實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的核電式監(jiān)造管控，并動(dòng)態(tài)調(diào)整質(zhì)量計(jì)劃中監(jiān)造見(jiàn)證點(diǎn)，并將供方現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境按線圈車(chē)間清潔度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢查管控，每批每規(guī)格進(jìn)行理化性能試驗(yàn)，保證電磁線生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量可控；對(duì)鋼板實(shí)行每批性能測(cè)試；對(duì)硅鋼片實(shí)行供方生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)取樣理化性能試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后發(fā)貨等一系列措施。

三、結(jié)論

該項(xiàng)目將成為我國(guó)及世界特高壓直流電網(wǎng)建設(shè)的最高電壓等級(jí)項(xiàng)目，將大力推動(dòng)特高壓直流項(xiàng)目的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，成為未來(lái)特高壓直流輸電工程用電力設(shè)備設(shè)計(jì)制造的領(lǐng)先水平。為國(guó)家實(shí)施“西電東送”、“南北互供”、“全國(guó)聯(lián)網(wǎng)”、“疆電外送”能源優(yōu)化配置戰(zhàn)略提供國(guó)產(chǎn)裝備保障。該項(xiàng)目的研究成果及±1100kV換流變壓器成功開(kāi)發(fā)將為建設(shè)全國(guó)性輸電網(wǎng)絡(luò)提供有力保障，實(shí)現(xiàn)更大范圍的資源優(yōu)化配置，極大地緩解中國(guó)目前的能源輸送壓力，保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。進(jìn)一步提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，將為我國(guó)電網(wǎng)和裝備制造業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

（作者單位：1.21068219850312501X；2.362502198512202651）