220kV發(fā)電機變壓器的結(jié)構(gòu)設(shè)計

肖朋 徐春苗

（1.營口職業(yè)技術(shù)學(xué)院 遼寧省營口市 115002）

（2.特變電工沈陽變壓器集團有限公司 遼寧省沈陽市 110144）

隨著輸變電行業(yè)的快速發(fā)展，高電壓工程對220kV發(fā)電機變壓器的需求量越來越大，發(fā)電機變壓器的性能直接影響到高壓輸電工程建設(shè)和運行的質(zhì)量，因此，研發(fā)出高質(zhì)量的220kV發(fā)電機變壓器十分重要。本文結(jié)合工程上對發(fā)電機變壓器的要求，以一臺400MVA/220kV的三相發(fā)電機變壓器為例，對變壓器的主要技術(shù)參數(shù)進行了介紹，對變壓器的六大裝配結(jié)構(gòu)進行了詳細說明，同時對變壓器的縱絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計進行了特別說明。

1 發(fā)電機變壓器主要技術(shù)參數(shù)

根據(jù)變壓器技術(shù)規(guī)范要求，確定了400MVA/220kV發(fā)電機變壓器的主要技術(shù)參數(shù)，如表1所示。

2 發(fā)電機變壓器主要結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 鐵心結(jié)構(gòu)

鐵心采用三相五柱式整體結(jié)構(gòu)。使用厚度為0.27mm的進口冷軋硅鋼片，硅鋼片具有高導(dǎo)磁、晶粒取向性能，全斜接縫，鐵心心柱用粘帶綁扎，心柱各級臺階處分別用絕緣圓棒填充，以保證低壓線圈與鐵心之間的支撐充分而有效。鐵心拉板及低壓側(cè)面夾件采用無磁鋼板，以利于降低金屬結(jié)構(gòu)件的損耗和防止局部過熱。在器身上下放置磁屏蔽，有效降低線圈漏磁引起的損耗，防止夾件及其結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生局部過熱。鐵心墊腳、拉板、夾件都進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使鐵心夾緊、器身起吊、壓緊及短路狀態(tài)下的機械強度均符合要求。鐵心夾件和拉板材料均采用無磁鋼板，降低其損耗，防止局部過熱。

2.2 絕緣結(jié)構(gòu)

線圈之間的主絕緣采用薄紙筒小油隙結(jié)構(gòu)。變壓器心柱中部絕緣水平較高，使用有限元計算軟件計算出電場分布，根據(jù)等場強原則，優(yōu)化絕緣結(jié)構(gòu)，確定放置角環(huán)位置和電極曲率半徑，以及尖角處絕緣的覆蓋厚度，設(shè)計時要留有一定的安全裕度，保證變壓器的絕緣可靠[1]。散熱部分采用強油風(fēng)冷結(jié)構(gòu)，控制器身內(nèi)的變壓器油流速小于0.5m/s。為降低局部放電發(fā)生概率，在心柱和旁柱側(cè)均放置地屏，優(yōu)化鐵心的電極形狀，改善電場分布，降低表面場強。

在工藝方面為保證套裝的緊度，采用整體套裝結(jié)構(gòu)，采用恒壓方式對線圈和線圈組裝進行干燥，線圈出爐前還要進行熱油噴淋，使整體組裝高度保持在允許范圍，以提高線圈的抗短路能力。為滿足變壓器壽命的要求，器身內(nèi)墊塊采用高密度預(yù)壓紙板材料，增加干燥次數(shù)，減少器身暴露時間，使器身吸水量降到最低，以此提高變壓器的電氣強度。為防止繞組及絕緣件在真空浸油后發(fā)生松動，在上鐵軛與線圈組裝上部壓板間，在壓緊狀態(tài)下放置撐緊墊塊，以保證繞組軸向壓緊，并在浸油后進行二次壓緊。

2.3 線圈結(jié)構(gòu)

圖1：發(fā)電機變壓器外形圖

圖2：雷電全波沖擊梯度電壓分布

高壓線圈采用中部進線，首端采用內(nèi)屏連續(xù)式，分接段采用糾結(jié)式，其余段為連續(xù)式，端部線匝間的電容的提高，有效改善線圈的沖擊電位和梯度的分布,使絕緣安全裕度增大。線圈的絕緣結(jié)構(gòu)根據(jù)波過程及電場計算結(jié)果來確定，使線圈的抗沖擊能力和耐電能力得到充分保證。低壓線圈為雙層螺旋式，換位導(dǎo)線采用自粘性換位網(wǎng)包線，提高散熱性能，降低渦流損耗[2]。

所有線圈均繞在硬紙板筒上，且線圈采用等安匝排列，有效改善線圈各區(qū)間的安匝平衡，提高抗短路能力。與此同時采取有效工藝措施保證線圈繞制及套裝的緊度，以提高線圈的本身緊實度，提高整體強度?？刂凭€圈分區(qū)高度和整體高度，保證線圈的安匝平衡，提高線圈的抗短路能力，按照ODAF冷卻方式設(shè)計線圈內(nèi)的油路，滿足線圈冷卻需要。

進行線圈漏磁計算，根據(jù)計算結(jié)果進行導(dǎo)線完全換位，將線圈的環(huán)流耗降至最低，線圈端部換位導(dǎo)線單根線高很小，同時器身磁屏蔽的采用，減少了主空道漏磁的橫向分量，這都有效的降低了橫向渦流耗在此產(chǎn)生的局部熱點。

高壓線圈為外線圈，中部出線位置與高壓套管下部均壓球很近，中部出線外包絕緣后，直接進入均壓球，中部出線上端冷壓接線端子，與套管尾部接線板螺栓連接。為保證換位導(dǎo)線股間絕緣良好，在導(dǎo)線換位時和出頭作型時，使用液壓式換位工具，緩慢加壓，支撐點圓棍加粗，繞線時使用木錘輕輕敲打，線圈軸向高度墊塊調(diào)節(jié)采用氣囊操作。所有換位導(dǎo)線均采用自粘線，等于加厚了各導(dǎo)線股間絕緣。

2.4 引線結(jié)構(gòu)

低壓引線采用銅排連接，充分考慮大電流引線漏磁在油箱、夾件等部件的分布，采取有效屏蔽措施控制由此帶來的損耗和過熱。設(shè)計上仔細考核各引線對鐵心、器身、油箱及其它引線等部位的絕緣距離，選取合適的電極直徑和屏蔽措施，減少局放，保證電氣強度，引線采用冷壓焊連接[3]。

低壓線圈出頭引出器身后，換位導(dǎo)線端部冷壓接線端子，與低壓銅排螺栓連接，低壓銅排通過絕緣件固定在低壓上夾件側(cè)，低壓銅排通過軟銅片螺栓連接到低壓套管尾端。低壓套管為鋁材料，上下接線端子表面鍍銀，在油中部分與銅接線片相連，因為油中的水與氧氣含量極低，故不會發(fā)生電化腐蝕。低壓套管上部接線端子（即空氣中部分）位于封閉母線內(nèi)，與封閉母線相連的部分可以采用鋁接線片，無銅鋁過渡問題。

2.5 油箱結(jié)構(gòu)

采用鐘罩式油箱，箱沿焊死結(jié)構(gòu)，密封性能好。為防止箱壁和箱沿過熱，在油箱內(nèi)側(cè)加裝磁屏蔽和銅屏蔽，可大大減少雜散損耗。磁屏蔽采用一點接地，其余處均與油箱可靠絕緣。合理加強油箱，保證油箱能承受全真空（殘壓小于33Pa）及0.1MPa的正壓。為保證變壓器不出現(xiàn)滲漏油的現(xiàn)象，法蘭連接面開密封限位槽，油箱箱沿加限位方鋼，保證密封墊的彈性壓縮量，使密封墊能有效密封。

2.6 總裝結(jié)構(gòu)

變壓器長軸兩端配有進口油溫測量和監(jiān)測裝置。并配備線圈溫度控制器監(jiān)測油頂層溫度和線圈的溫度及控制冷卻器的投切，所有溫度控制器均有低溫報警和高溫跳閘兩個測點。變壓器配有進口壓力釋放閥、氣體繼電器，保護變壓器在出現(xiàn)故障時能及時切掉。氣體繼電器接點容量不應(yīng)小于DC110V、3A。產(chǎn)品密封圈采用耐油丁腈橡膠，密封性好，抗老化性強。儲油柜、冷卻器、壓力釋放閥等與主體連接的部位均放有真空蝶閥，方便安裝及檢修。在油箱上部和下部成對角線布置有抽空蝶閥和注油閥門[4]。主體儲油柜和開關(guān)儲油柜均有用于監(jiān)測油位的油位計，儲油柜的油氣隔離系統(tǒng)選用全密封膠囊式儲油柜或全密封波紋式儲油柜。變壓器分接開關(guān)采用三相無勵磁分接開關(guān)，開關(guān)在不吊油箱的情況下方便地進行維護和檢修。冷卻裝置采用風(fēng)冷卻器，結(jié)構(gòu)特點為單回路結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單，密封點少，油流通面積大，流速較低，可減輕油流靜電現(xiàn)象。發(fā)電機變壓器外形圖如圖1所示。

表1：220kV發(fā)電機變壓器的主要技術(shù)參數(shù)

3 變壓器縱絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計

縱絕緣結(jié)構(gòu)計算包括線圈段間絕緣、匝間絕緣、沖擊電壓作用下的端絕緣、主絕緣及其相對地絕緣的計算，并對計算結(jié)果進行分析，找到絕緣薄弱區(qū)域，加強絕緣防護，保證變壓器長期可靠運行。為改善變壓器線圈沖擊電位分布，減少線圈沖擊電位震蕩，使其油道沖擊梯度電壓趨于均勻分布，通過對線圈結(jié)構(gòu)的調(diào)整，強化線圈特殊部位絕緣等方式，對線圈結(jié)構(gòu)方案進行變壓器線圈波過程計算、分析和論證。根據(jù)計算、分析結(jié)果，最后確定變壓器各線圈匝間絕緣、段間絕緣的安全裕度系數(shù)。線圈在雷電全波下的沖擊梯度電壓分布如圖2所示。

4 結(jié)語

本文對三相400MVA/220kV發(fā)電機變壓器進行細致研究、分析和開發(fā)，介紹發(fā)電機變壓器六大裝配各部分設(shè)計和工藝的關(guān)鍵要素，同時借助大型電磁場計算軟件對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進行詳細的驗證，保證變壓器能夠可靠運行。