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- 行業(yè)動態(tài)
在現(xiàn)已運行的國家電網(wǎng)中，我國直流最高電壓等級為± 500 kV ，交流最高電壓等級也為500 kV 。2010年底交流750 kV 電壓等級的電網(wǎng)即將投運，目前又在規(guī)劃、研究、探討直流± 800 kV 、交流1000 kV 及以上電壓等級特高壓電網(wǎng)的建設(shè)。文章對國外特高壓(UHV) 輸變電技術(shù)，特別是變壓器技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢作一此深入的介紹和分析，以期對我國1000 kV 特高壓輸變電系統(tǒng)的研究、設(shè)計和建設(shè)能起到參考和借鑒作用。
1 烏克蘭變壓器技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
烏克蘭是世界上少數(shù)已具有開發(fā)超高壓、特高壓輸變電技術(shù)經(jīng)驗的國家之一。烏克蘭扎布羅熱變壓器研究所是全世界最大的變壓器研究所，該研究所的主要工作范圍有：開展科研工作、設(shè)計工作、軟件工作、開發(fā)新產(chǎn)品、設(shè)計工裝設(shè)備及研究生產(chǎn)工藝、制造樣品和少量產(chǎn)品、電氣設(shè)備試驗、修理復雜的電氣設(shè)備、研究并提出國家標準、產(chǎn)品認證和咨詢服務(wù)。其進行過的重要產(chǎn)品開發(fā)和試驗項目有：DC ± 750 kV ，320 MVA 變壓器、平波電抗器、隔離開關(guān)；750 kV 并聯(lián)電抗器；667 MVA ，1150/500 kV 自耦變壓器模型；1800/500 kV 自耦變壓器模型；750 ～1800 kV 套管；DC 600 kV 脈沖裝置；220 ～500 kV 中性點套管；干式變壓器環(huán)境試驗容量達到1600 kVA ；750 kV 及以下電磁式電流互感器；500 kV 及以下電磁式電壓互感器；750 kV 電容式電壓互感器。
2 俄羅斯變壓器技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
俄羅斯20世紀70年代已做出了單相417 MVA/1150 kV 、三相1000 MVA/500 kV 的變壓器， 80 年代做出單相 667 MVA/1 150 kV 與三相1250 MVA/330 kV 的變壓器。
2.1 根據(jù)運行經(jīng)驗對變壓器設(shè)計和工藝的改進
1955～1990 年，工廠生產(chǎn)的電力變壓器參數(shù)有了大幅度提高，電壓等級從220 kV 提高到了1150 kV ，三相變壓器的容量從240 MVA 提高到了1250 MVA ，單相變壓器的容量從250 MVA 提高到 667 MVA 。通過運行事故的反饋，烏克蘭扎布羅熱變壓器研究所對一系列課題作了深入研究，取得了很好的改進效果，在系統(tǒng)中運行的 240 臺750 kV 電力變壓器近15年無一臺發(fā)生事故，可靠性達到了較高的程度。在此基礎(chǔ)上，該研究所還系統(tǒng)地開發(fā)了變壓器的計算機輔助設(shè)計程序。
2.2 烏克蘭扎布羅熱變壓器廠
烏克蘭扎布羅熱變壓器廠（ ZTR ）是世界上最大的變壓器廠，它可生產(chǎn)電力和配電變壓器、電抗器、分裂電抗器、電壓互感器、電流互感器、 DC換流變壓器、封閉母線（單相或三相）等。 ZTR 所生產(chǎn)的產(chǎn)品有 70% 用于出口，已有 75 個國家進口了該廠的變壓器，其中中國從該廠進口了73臺500kV電力變壓器。ZTR 生產(chǎn)過的主要產(chǎn)品有：
① 三相 1250 MVA/347 kV 變壓器6臺（1980 年生產(chǎn)）；三相1000 MVA/500kV 發(fā)電機升壓變壓器21臺；三相三繞組300MVA，500/154/38 kV變壓器。
② 單相417 MVA，750/500 kV 變壓器67臺（ 1978 年生產(chǎn)）；單相 533 MVA，500/330 kV 與單相 417 MVA，1150/500 kV變壓器各1臺（1981 年生產(chǎn)）；單相 667/180 MVA，1150/500 kV 自耦變壓器26臺（1979 年生產(chǎn)20臺，1972年生產(chǎn)6臺）。
③ 320 MVA，± 750 kV換流變壓器。
④ 120 Mvar，800kV和300Mvar，1 150 kV并聯(lián)電抗器及其中性點電抗器。
⑤ OLTC330 kV，2000A。
⑥ 單相 60 Mvar，500kV 可控電抗器1臺（1989年生產(chǎn)）。
⑦ 417/50 MVA 變壓器143臺（1972年生產(chǎn)105臺，1973 年生產(chǎn) 38 臺）。
⑧ 3相25Mvar，110kV 可控電抗器1臺（1997 年生產(chǎn)）。
⑨ 單相 500 MVA，765/345 kV ± 13% （每級 1.3% ）自耦變壓器出口巴西，P0=200kW，Pk=700 kW 。
⑩ 配電變壓器及各種特種變壓器。35kV，31.5kA 封閉母線。
ZTR 生產(chǎn)的鐵心綁扎采用粘帶綁扎，鐵心柱內(nèi)填一層薄紙筒紙板，然后綁上粘帶，鐵心夾件采用鋼帶拉緊，與西門子、 ABB 公司所生產(chǎn)的變壓器結(jié)構(gòu)相似。繞組電壓在500kV及以上一律采用的是油流不導向結(jié)構(gòu)，所以繞組內(nèi)徑、外徑有鎖撐，看不見線餅里存在擋油板。變壓器附件較為落后，放油閥門采用的是水閥，油箱加工較為粗糙，油箱頂部斜坡較大，工人操作困難。變壓器采用磁屏蔽，硅鋼片寬度約為80mm ，厚度為 15 ～ 30 mm，端部用電焊把硅鋼片焊在一起。變壓器套管結(jié)構(gòu)較落后，套管上部帶了一個鐵絲均壓罩，不設(shè)均壓球，套管油壓靠另外設(shè)置的一個小油枕。
3 日本變壓器技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
為了滿足 21 世紀日益增長的電力需求，東京電力公司（ TEPCO ）開發(fā)了日本第一套1000 kV 輸電系統(tǒng)，并且正在 Shin-Haruna 變電站1000 kV 試驗場運行以測試1000 kV 設(shè)備的性能及可靠性。三菱電氣開發(fā)了多種1000 kV 電氣設(shè)備。東芝公司的 Ako 工廠生產(chǎn)了一款1000 kV 用于資格測試的有載調(diào)壓單相殼式變壓器。下面對東芝公司生產(chǎn)的1000 kV 變壓器的規(guī)格、構(gòu)造、安裝和測試情況進行介紹。
3.1 規(guī)格
東芝公司1000 kV 有載調(diào)壓單相殼式變壓器的基本規(guī)格參數(shù)。
額定容量 /MVA 3000/3
第三繞組容量 /MVA 1200/3
額定高壓側(cè)電壓 /kV 1050/
額定中壓側(cè)電壓 /kV 525/
額定低壓側(cè)電壓 /kV 147 kV
調(diào)壓范圍
9866/ ～1133.6/ 范圍內(nèi) 27 檔調(diào)節(jié)
測試電壓
雷擊脈沖承受電壓原邊側(cè)1950 kV ，次級側(cè)1300 kV
長期工頻耐受電壓 交流 1.5E 1 h ； E 5 min ； 1.5E 1 h
阻抗 18%
冷卻方式 強迫油循環(huán)，強迫風冷
噪聲等級 65 dB
注： E=1100/ kV
高壓和中壓側(cè)容量的選擇主要是為了滿足最大輸送容量的要求。第三繞組容量 1200 MVA （40% 的高壓和中壓側(cè)容量）的選擇主要是為了滿足1000 kV輸電線路所要求的最大視在容量。低壓側(cè)繞組額定電壓如果像500 kV 變壓器那樣選擇63 kV 的話，將會導致很大的故障電流，選擇147 kV是為了使得和低壓側(cè)繞組相聯(lián)設(shè)備的體積不致增加。阻抗值（短路電壓百分比）選擇 18% 是考慮到電網(wǎng)的最大穩(wěn)定性，它是由接地故障電流的抑制和變壓器設(shè)計的經(jīng)濟性等因素決定的。因為1000 kV 變電站將建在山區(qū)，所以所有的變壓器配件都必須采用鐵路或大型拖車來運送。為了滿足運輸條件的限制，1000 kV變壓器的主體部分被拆成了兩個單元，每個單元都配備一套自動有載調(diào)壓裝置。長期交流工頻耐受電壓的選擇是由對未來 1000 kV輸電系統(tǒng)的故障分析所得到的，在試驗過程中不得出現(xiàn)局部放電。雷擊脈沖承受試驗電壓是由具有高性能避雷器的1000 kV輸電系統(tǒng)的暫態(tài)電壓分析所得到的。高壓側(cè)選擇1950 kV ，中壓側(cè)選擇1300 kV。65dB的噪聲水平主要是為了使變電站的噪聲降至最小，可通過在變壓器周圍安裝鋼板屏障來實現(xiàn)。
3.2 構(gòu)造
1000 kV 變壓器的電壓和容量都是 500 kV 變壓器的 2 倍，它是日本目前使用的最大的變壓器。但是，運輸和安裝空間的限制要求運輸尺寸不能比500kV 變壓器的大。所以選擇把單相變壓器分成 2 個單元，每個單元都具有和1 個500 kV ，1500/3 MVA 變壓器相同的容量。這2個單元可以通過一個油—汽襯墊的 T 型套管并聯(lián)運行。1000 kV 變壓器必須能夠承受500 kV 變壓器2倍的電壓，而應(yīng)滿足運輸限制所要求的最小絕緣距離。因此，繞組的排列和絕緣的構(gòu)造都應(yīng)盡量減小電場的局部聚集，并且安排了大量的屏障用來把油空間恰當?shù)胤指糸_；還采用凈化處理工藝來減少油中的雜質(zhì)，這樣有助于保證更大的絕緣裕度，如果僅僅用絕緣紙，那么1000 kV 導線的絕緣是不可接受的，采用了多層屏障來減小導線到變壓器外殼之間的絕緣距離。
4 結(jié)語
現(xiàn)在，可以進行長期勵磁試驗的1000 kV 變壓器已經(jīng)生產(chǎn)出來，經(jīng)過測試這些變壓器的經(jīng)濟運行是切實可靠。1000 kV 變壓器的發(fā)展、制造、運輸和裝配技術(shù)也可以用來提高500 kV 及以下電壓等級變壓器的質(zhì)量。
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