單相大容量發(fā)電機(jī)變壓器關(guān)鍵技術(shù)分析

李建軍 趙 楠

（特變電工沈陽變壓器集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽110144）

1 概述

隨著我國(guó)電力行業(yè)飛速發(fā)展，發(fā)電機(jī)容量日趨增大，與百萬千瓦發(fā)電機(jī)組配套的大容量變壓器也將成為發(fā)電廠的關(guān)鍵設(shè)備。大容量變壓器產(chǎn)品的出現(xiàn)也使變壓器中漏磁、電氣、機(jī)械強(qiáng)度、運(yùn)輸尺寸超限方面的問題更為突出。

本文以DFP-400000/500 變壓器為例，對(duì)大容量發(fā)電機(jī)變壓器的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析。

2 主要技術(shù)性能參數(shù)

容量（MVA） 400

額定電壓比（kV）525±2×2.5%/27

空載損耗（kW） 125

空載電流（%） 0.15

負(fù)載損耗（kW） 680

阻抗電壓（%） 18

溫升（K） 油面:55 繞組:65 油箱:70

3 關(guān)鍵技術(shù)問題分析

變壓器設(shè)計(jì)在保證運(yùn)輸條件的前提下，高低高結(jié)構(gòu)對(duì)比雙柱結(jié)構(gòu)器身重量減少很多，具有很大的成本優(yōu)勢(shì)。因此采用單相三柱式、繞組排列為高- 低- 高結(jié)構(gòu)。該設(shè)計(jì)方案的關(guān)鍵技術(shù)分析如下：

3.1 線圈結(jié)構(gòu)

高壓線圈1 為中部出線，采用糾結(jié)內(nèi)屏連續(xù)式，提高高壓首端匝間電容，有效改善線圈的沖擊電位和梯度分布。高壓線圈2 采用單螺旋式，首端下部出線。低壓線圈采用雙層螺旋式，由于首、尾端電流方向相反，可以削弱端部漏磁場(chǎng)強(qiáng)度。高壓線圈2 和低壓線圈均采用自粘性換位導(dǎo)線，降低線圈的渦流損耗，保證抗短路能力。此臺(tái)產(chǎn)品繞組的絕緣水平為:SI1175LI1550AC680-LI325AC140/LI200AC85，從圖中標(biāo)示出各點(diǎn)的絕緣水平，但連線處的電位需要進(jìn)行計(jì)算。高壓Ⅰ匝數(shù)為650 匝，高壓Ⅱ匝數(shù)150 匝，中性點(diǎn)支撐為40kV，工頻耐壓試驗(yàn)時(shí)電壓分布為線性。

UA=680kV；

U連=150/650×（680-40）+40=188kV；

可見在工頻下U連處的電位約為110 kV 等級(jí)，但在沖擊電壓下，低壓入波時(shí)，U連處的振蕩電位依據(jù)驗(yàn)證結(jié)果可以達(dá)到1.4-1.5 倍左右，所以高壓Ⅱ下部的絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要加強(qiáng)。

高低高接線原理圖

3.2 絕緣結(jié)構(gòu)

目前，油浸式電力變壓器的主絕緣采用油－隔板結(jié)構(gòu)形式，線圈間的絕緣結(jié)構(gòu)采用薄紙筒小油隙結(jié)構(gòu)，根據(jù)變壓器油的體積效應(yīng)，油隙耐電強(qiáng)度隨油隙的減小而增大，因此在同一主絕緣距離，油隙分割越小，則耐電強(qiáng)度越高。

薄紙筒小油隙結(jié)構(gòu)的最小擊穿電壓按下式計(jì)算：

式中∑dy－油間隙的間隙；

∑dz－所有紙筒厚度的綜合，包括電極絕緣；

εy－油的介電系數(shù)，取為2.3；

εz－油浸紙板的介電系數(shù)，取為4.4；

Ey－緊靠線圈表面油隙的實(shí)際允許場(chǎng)強(qiáng)。

另外，在高壓線圈下部放置靜電板，加強(qiáng)高壓線圈下部出線的絕緣，使得各處場(chǎng)強(qiáng)趨于均勻，保證產(chǎn)品的絕緣可靠性。所有線圈及器身絕緣的墊塊預(yù)先恒壓干燥，整體套裝，高真空氣相干燥，保證線圈高度并使線圈具有足夠壓緊力，所有器身絕緣件進(jìn)行圓整化處理，提高電氣強(qiáng)度并抑制油流帶電。

3.3 鐵心特點(diǎn)

鐵芯全部采用高牌號(hào)優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片，全斜接縫，五級(jí)步進(jìn)，兩片一疊。鐵心疊積采用不疊上軛的先進(jìn)工藝,鐵芯柱疊好后采用獨(dú)特的疊片工裝，使鐵芯柱和兩軛成為一個(gè)堅(jiān)固、平整、垂直精度高的整體，有效地降低變壓器的空載電流、空載損耗。

3.4 引線結(jié)構(gòu)

低壓引線大都采用銅排連接，充分考慮大電流引線漏磁在油箱、夾件等部件的分布，并采取有效屏蔽措施控制由此帶來的損耗和過熱。

3.5 油箱結(jié)構(gòu)

采用筒式油箱，合理布置油箱加強(qiáng)鐵，提高油箱的機(jī)械強(qiáng)度。

3.6 漏磁控制關(guān)鍵點(diǎn)

該產(chǎn)品為超大容量變壓器，漏磁較大，而漏磁引起的雜散損耗和過熱也是本產(chǎn)品需關(guān)注的重點(diǎn)。其技術(shù)難點(diǎn)主要在于漏磁和附加損耗大，造成油箱、夾件等金屬結(jié)構(gòu)件出現(xiàn)局部過熱。

對(duì)變壓器漏磁設(shè)計(jì)的選擇一般有三種方案：

（1）完全使用電屏蔽；

（2）完全使用磁屏蔽；

（3）電屏蔽與磁屏蔽的結(jié)合。

a.磁屏蔽方式：它是在由電工鋼帶疊積而成，降低了進(jìn)入結(jié)構(gòu)件中的漏磁，但采用磁屏蔽后，使磁力線彎曲嚴(yán)重，導(dǎo)線中橫向漏磁產(chǎn)生的渦流耗增大。

b.電屏蔽方式：在油箱內(nèi)壁鋪設(shè)銅板，當(dāng)漏磁通進(jìn)入銅板后，在表面產(chǎn)生渦流的渦流反磁場(chǎng)來阻止漏磁通進(jìn)入箱壁，從而減少進(jìn)入箱壁的漏磁通，但會(huì)造成其他未加屏蔽的鋼結(jié)構(gòu)件中雜散損耗增加。

c.在同一個(gè)區(qū)域磁屏蔽和電屏蔽結(jié)合使用。

針對(duì)一些技術(shù)難點(diǎn)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)主要采取以下措施：

（1）在線圈端部采用嵌入壓板式磁屏蔽，其由65mm 寬度的條形硅鋼片按一定形狀疊級(jí)成肺葉狀，整體嵌入器身上下鐵軛墊塊中，利用硅鋼片的高導(dǎo)磁特性將線圈產(chǎn)生的漏磁通導(dǎo)入到鐵軛中，進(jìn)而降低漏磁通進(jìn)入到鋼結(jié)構(gòu)件，達(dá)到降低變壓器的雜散損耗，同時(shí)也避免出現(xiàn)局部過熱的現(xiàn)象。

（2）在大電流經(jīng)過的鋼結(jié)構(gòu)部位采用無磁鋼板，并在油箱側(cè)蓋上和箱壁上加裝銅屏蔽和磁屏蔽以防止箱壁和箱沿過熱，也可有效減少雜散損耗，這種屏蔽產(chǎn)生的渦流排斥了進(jìn)入油箱的漏磁通，避免了局部過熱。在低壓側(cè)的箱蓋與箱壁加裝銅板連接，其主要覆蓋范圍為兩個(gè)低壓升高座及升高座之間，降低由于大電流引線作用產(chǎn)生的雜散損耗，防止局部過熱。

3.7 溫升試驗(yàn)結(jié)果

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從上表可以看到，協(xié)議要求油箱溫升為70K，而該產(chǎn)品實(shí)測(cè)值為63.1K，滿足合同的要求，這說明對(duì)于產(chǎn)品采取的防漏磁措施起到了明顯的成效。并且DFP-400000/500 變壓器的成功試制也為今后大容量百萬發(fā)電機(jī)主變的設(shè)計(jì)提供了設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。

4 結(jié)論

本文以DFP-400000/500 變壓器關(guān)鍵技術(shù)問題分析為例，對(duì)單相大容量發(fā)電機(jī)變壓器提出了基本設(shè)計(jì)方案，特別是采用高低高線圈結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品漏磁方面的處理措施并取得了顯著成效。