劉科良　趙如

摘 要：特高壓直流輸電用換流變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)換流變壓器進(jìn)行了縱絕緣分析、主絕緣交直流電場以及漏磁場的計(jì)算，并對(duì)換流變壓器的制造技術(shù)引進(jìn)方面進(jìn)行了介紹。

關(guān)鍵詞：換流變壓器；絕緣；電場；磁場；制造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.183

1 前言

隨著我國特高壓直流輸電項(xiàng)目的不斷發(fā)展，直流輸電的電壓等級(jí)在不斷的提高，使我們國內(nèi)變壓器制造廠家有機(jī)會(huì)與不同的國外變壓器制造廠家合作。不同變壓器制造廠家的產(chǎn)品有它們各自的特點(diǎn)，開闊了我們的眼界，引起了人們的興趣，提高和推動(dòng)國內(nèi)制造廠家的設(shè)計(jì)和制造水平。本文以與ABB的合作項(xiàng)目——向家壩-上?！?00kV特高壓直流輸電工程中的±400kV級(jí)Y/y換流變壓器為例，對(duì)換流變壓器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，進(jìn)行了絕緣分析、主絕緣交直流電場以及漏磁場的計(jì)算研究，并對(duì)換流變壓器的制造技術(shù)引進(jìn)方面進(jìn)行了介紹。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

本臺(tái)ABB設(shè)計(jì)的換流變壓器為單相雙繞組有載調(diào)壓式。主要有以下幾個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

冷卻方式，本臺(tái)換流變壓器的冷卻方式為OFAF。這種冷卻方式的油雖然也是強(qiáng)迫油循環(huán)，但油泵只是將油打入油箱中，進(jìn)入油箱中后沒有任何導(dǎo)向器身的結(jié)構(gòu)。產(chǎn)品在設(shè)計(jì)上采取了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)配合這種冷卻方式。

線圈的結(jié)構(gòu)。采用小規(guī)格的單根紙包線或組合導(dǎo)線，而且導(dǎo)線的絕緣很??；線圈中間不設(shè)縱向油道，線圈內(nèi)外徑為大油道，并在線圈內(nèi)外徑放置擋油板對(duì)油進(jìn)行導(dǎo)向。線圈形式采用圓筒式、糾結(jié)-連續(xù)式等結(jié)構(gòu)。

漏磁通的控制。線圈上下端部采用磁分路結(jié)構(gòu)，油箱上采用銅屏蔽，對(duì)漏磁通進(jìn)行有效的疏導(dǎo)和屏蔽。

閥側(cè)引線的處理。閥引線設(shè)計(jì)相對(duì)簡單，操作方便，在短軸箱壁出線。

油箱的定位及支撐。器身下部定位落在鋪設(shè)絕緣的箱底定位碗中，箱蓋上的定位孔，器身上部通過定位螺母固定在定位孔內(nèi)。并通過上部定位對(duì)箱蓋起支撐作用。箱蓋可以不設(shè)加強(qiáng)鐵。

3 絕緣分析

3.1 繞組的縱絕緣

本臺(tái)換流變壓器線圈排列由內(nèi)向外為：調(diào)壓線圈、網(wǎng)線圈、閥線圈。如前面所述，為了考慮散熱方面的需求，線圈使用了薄絕緣、大油道結(jié)構(gòu)。但這種結(jié)構(gòu)卻相應(yīng)地使線圈在電場下的絕緣降低了。然而，產(chǎn)品在線圈的結(jié)構(gòu)形式上采用了超常規(guī)的插花糾結(jié)-連續(xù)式結(jié)構(gòu)。眾所周知，繞組的起始電壓分布是由其電容分布決定的。而繞組的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了該繞組的電容分布情況。良好的電容分布能夠改善線圈端部的起始電壓分布，從而減小線圈上的沖擊電壓振蕩。本臺(tái)換流變壓器的一個(gè)線圈采用了超常規(guī)的七根插花糾結(jié)-連續(xù)式結(jié)構(gòu)。這種線圈的結(jié)構(gòu)由于糾結(jié)根數(shù)多，在改善線圈端部的起始電壓分布方面確實(shí)很有效果。計(jì)算結(jié)果表明，它的首端各油道全波和截波沖擊梯度都很小，最高都沒有超過3%。

沖擊電壓分布中的最大梯度是決定縱絕緣特性的主要依據(jù)。因此從以上計(jì)算結(jié)果我們可知，該繞組的結(jié)構(gòu)對(duì)其本身的縱絕緣特性是非常有利的。這種結(jié)構(gòu)降低了線圈在沖擊下的電位梯度，從而改善了線圈的電場強(qiáng)度。化解了薄絕緣、大油道結(jié)構(gòu)對(duì)絕緣帶來的負(fù)面影響。

3.2 主絕緣交直流電場

與交流變壓器不同，換流變壓器除一個(gè)高壓網(wǎng)側(cè)繞組外，還有一個(gè)全絕緣的高壓直流用閥繞組。閥繞組除承受一般交流變壓器的交流和沖擊電壓外，還要承受疊加的直流電壓作用。在額定工作狀態(tài)下，換流變壓器閥繞組端部與地之間以及閥繞組與網(wǎng)繞組之間的主絕緣上長期承受直流電壓；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生潮流反轉(zhuǎn)時(shí)，閥繞組所承受的直流電壓也同時(shí)發(fā)生極性反轉(zhuǎn)。這些電壓的作用是換流變壓器絕緣設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的主要問題。

4 制造技術(shù)

本次合作的換流變壓器的結(jié)構(gòu)特殊，制造方法也很有特點(diǎn)，我們對(duì)產(chǎn)品制造過程中的特殊方法進(jìn)行研究并成功應(yīng)用于生產(chǎn)中。

4.1 高頻感應(yīng)焊接技術(shù)

接觸高頻感應(yīng)焊接技術(shù)。與以往采用電阻加熱的方式不同，該技術(shù)主要應(yīng)用于銅線與銅線、銅線與電纜間的電氣連接，采用專用的高頻感應(yīng)設(shè)備對(duì)焊接部位進(jìn)行加熱，通過填充焊料的方式進(jìn)行連接。前面提到的網(wǎng)線圈七根插花糾結(jié)連續(xù)式線圈的制造就依靠高頻感應(yīng)焊接技術(shù)得以順利實(shí)現(xiàn)。

4.2 線圈的干燥與加壓

單個(gè)線圈獨(dú)立加壓、單獨(dú)組裝是本產(chǎn)品的一大結(jié)構(gòu)及制造工藝特點(diǎn)，其線圈整理完成后，首先采用熱風(fēng)循環(huán)加熱并在干燥前、干燥后進(jìn)行大壓力加壓。然后再進(jìn)行單個(gè)線圈的獨(dú)立組裝。最后再到器身裝配工序。為了滿足上述要求，需要專用的線圈數(shù)控壓力機(jī)和干燥爐，來滿足產(chǎn)品線圈的壓力要求和干燥要求。

4.3 插上軛裝配技術(shù)

本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)上的另一個(gè)特點(diǎn)是插上軛。器身絕緣裝配工序套完線圈后，先安裝夾件，并通過夾件對(duì)線圈進(jìn)行加壓，調(diào)整線圈高度和夾件的安裝高度后，再進(jìn)行插上軛。針對(duì)上述特點(diǎn)，需要絕緣裝配加壓裝置，該工序還需采用液壓C型卡具進(jìn)行上軛的卡緊。

4.4 器身總裝配技術(shù)

本產(chǎn)品的器身總裝配壓緊技術(shù)很獨(dú)特。在壓板上設(shè)計(jì)了溝槽，將用消防帶制作的液壓裝置來對(duì)器身加壓，加入調(diào)節(jié)撐條，完成器身下箱前最后的壓緊。

5 結(jié)束語

本特高壓直流輸電合作項(xiàng)目的400kV換流變，由于需要試驗(yàn)的驗(yàn)證，還有很多參數(shù)目前還不能進(jìn)一步對(duì)比分析研究，本文換流變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，對(duì)線圈縱絕緣、主絕緣，進(jìn)行了計(jì)算分析，并對(duì)制造技術(shù)引進(jìn)方面進(jìn)行了介紹。

變壓器的設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程，有機(jī)的整體。某一個(gè)結(jié)構(gòu)或方面的變化要引起與之相關(guān)的其他變化。我們在領(lǐng)會(huì)的時(shí)候不能斷章取義，要對(duì)整體結(jié)構(gòu)和相互之間的聯(lián)系有充分的考慮。只有這樣，才能真正體會(huì)到變壓器的精髓。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙畹君.高壓直流輸電工程技術(shù)[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2]路長柏，朱英浩等.電力變壓器計(jì)算[M].哈爾濱：黑龍江科學(xué)技術(shù)出版社，1990.

作者簡介：劉科良（1988-），男，遼寧沈陽人，設(shè)計(jì)員，研究方向：電氣工程。