孫小飛 荊云波 劉明帥

國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司 山東濟南 250000

1 特高壓變壓器發(fā)展

我國研制成功的特高壓變壓器，絕緣水平、損耗值、噪聲水平等技術(shù)性能指標全面超越了日本及前蘇聯(lián)的產(chǎn)品，并且實現(xiàn)了無局放絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計，整體達到了國際領(lǐng)先水平。

1.1 絕緣水平

特高壓變壓器絕緣水平的少量增加將導(dǎo)致產(chǎn)品尺寸和重量的顯著增加。對于特高壓系統(tǒng)而言，限制產(chǎn)品的尺寸和重量、保證運輸可行性已經(jīng)成為矛盾的主要方面。為控制特高壓變壓器的制造難度、保證安全可靠性、方便運輸安裝，首先需要在系統(tǒng)上采取措施，深度限制各類過電壓，從而降低對絕緣水平的要求，這也是特高壓系統(tǒng)區(qū)別于高壓和超高壓系統(tǒng)的主要技術(shù)特征。中國的特高壓工程采用高性能避雷器和斷路器合閘電阻，并在線路裝設(shè)特高壓并聯(lián)電抗器，成功實現(xiàn)了各類過電壓的深度控制。過電壓的深度限制為降低變壓器的絕緣水平奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。根據(jù)系統(tǒng)過電壓水平，分別確定了特高壓的絕緣水平為雷電2250kV、操作1800kV、工頻 1100kV（5min）。

1.2 特高壓變壓器絕緣設(shè)計

特高壓變壓器的設(shè)計通過全場分析方法，對變壓器內(nèi)部各部位進行電場分析。作為判斷依據(jù)，各部位用場強的選擇直接關(guān)系到其分析對象的絕緣裕度控制以及變壓器的可靠性。許用場強選擇過大，變壓器絕緣設(shè)計結(jié)果將無法滿足運輸限界對于變壓器尺寸的要求；許用場強選擇過小，將無法有效控制變壓器局部放電發(fā)生，甚至出現(xiàn)絕緣擊穿。特高壓變壓器在長期運行電壓下的絕緣性能主要取決于其內(nèi)絕緣的局部放電水平[1]。

1.3 大容量特高壓變壓器漏磁和溫升控制

在成功研制三柱式特高壓變壓器基礎(chǔ)之上，我國進一步開展單柱500MVA的特高壓變壓器設(shè)計，并于2010年成功研制1000MVA、1000kV變壓器（兩柱結(jié)構(gòu)），成功解決了由于單柱容量提升帶來的漏磁控制問題，其變壓器接線原理圖見圖3，同期還成功研制了400MVA的特高壓升壓變樣機，并依托相關(guān)工程得到應(yīng)用；2011年成功研制了1500MVA、1000kV變壓器（三柱結(jié)構(gòu)），實現(xiàn)了特高壓變壓器容量的提升，與特高壓輸電線路輸電容量更好的匹配；在此基礎(chǔ)之上，為解決容量提升導(dǎo)致變壓器運輸受限的問題，我國于2013年和2014年分別成功研制了局部解體和全部解體式1500MVA特高壓變壓器，徹底解決了運輸對于特高壓變壓器應(yīng)用的限制。對于1500MVA特高壓變壓器，單柱線圈容量達到500MVA，須對線圈主空道、油箱、夾件、拉板等部位磁感應(yīng)強度分布進行逐一分析，采取針對性的漏磁屏蔽措施，降低雜散損耗，防止局部過熱。

2 特高壓變壓器的新發(fā)展

2.1 特高壓交流1000kV降壓220kV變壓器

隨著我國特高壓交流骨干網(wǎng)架的建設(shè)，考慮到某些地區(qū)存在集中大負荷，而該地區(qū)附近沒有500kV電網(wǎng)，在此情況下有必要研究特高壓1000kV降壓220kV變壓器的可行性，為特高壓骨干網(wǎng)架與220kV電網(wǎng)直連提供技術(shù)儲備。采用特高壓1000kV降壓220kV變壓器，可以方便地將220kV系統(tǒng)接入特高壓骨干網(wǎng)，充分利用現(xiàn)有220kV電網(wǎng)資源，節(jié)省電網(wǎng)投資，與常規(guī)1000kV降壓500kV，再由500kV降壓220kV相比，省去一級降壓過程，可減少占地、節(jié)省設(shè)備投資、降低損耗、提高輸電效率。但是，經(jīng)研究論證，特高壓1000kV降壓220kV變壓器應(yīng)用場合需要滿足一定條件，才能在經(jīng)濟性和短路電流之間獲得平衡，即特高壓1000kV降壓220kV變壓器適用于負荷量大、負荷密度高，且本地電源容量相對較小的地區(qū)。目前，特高壓1000kV降壓220kV變壓器還沒有開展工程應(yīng)用。

2.2 特高壓交流大容量變壓器

與1000kV、1000MVA單相油浸式自耦變壓器相比，容量增大50%、重量僅增加20%。單臺（三相一組）特高壓大容量變壓器額定容量達到4500MVA，解決了變電和輸電能力匹配的問題，與特高壓線路的自然輸送功率形成良好匹配，可進一步提高特高壓變電站的經(jīng)濟性，具有重要的應(yīng)用前景。

2.3 解體式特高壓變壓器

隨著特高壓工程在不同區(qū)域的建設(shè)，尤其是在山區(qū)或運輸條件受限區(qū)域，特高壓變壓器的運輸受限問題日益凸顯。為了解決特高壓變壓器運輸問題，采用解體式特高壓變壓器成為最佳解決方案。解體式特高壓變壓器采用模塊化設(shè)計，變壓器可實現(xiàn)解體運輸，具有器身緊湊、運輸重量小、運輸成本低等優(yōu)點，有效解決了特高壓變壓器的運輸問題。我國已成功研制了可整體運輸、局部解體運輸和全部解體運輸?shù)奶馗邏鹤儔浩鳟a(chǎn)品系列。全部解體式特高壓變壓器最大運輸部件重量不超過80t，運輸尺寸高度由4.99m降低到4.5m，完全滿足公路運輸限界要求，運輸不再成為限制特高壓變壓器應(yīng)用的瓶頸。

2.4 特高壓變壓器技術(shù)展望

前期工程用特高壓變壓器優(yōu)先考慮變壓器的運行可靠性，隨著特高壓變壓器的制造水平和原材料研發(fā)能力的逐步提升，特高壓變壓器的整體性能將會不斷優(yōu)化提升。國產(chǎn)特高壓變壓器用關(guān)鍵原材料和組部件在得到長期運行考核后，將逐漸替代進口原材料和組部件，進一步提高特高壓變壓器的國產(chǎn)化水平和經(jīng)濟性。

3 結(jié)語

隨著特高壓變壓器工程應(yīng)用的逐步成熟和變壓器智能化技術(shù)的進步，在現(xiàn)有局部放電在線監(jiān)測、油中溶解氣體在線監(jiān)測和鐵心接地電流在線監(jiān)測等在線監(jiān)測技術(shù)和紫外光譜、聲電聯(lián)合等帶電檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上，可將智能控制、大數(shù)據(jù)和云計算等先進智能技術(shù)應(yīng)用于特高壓變壓器的運行控制中，研制出具有關(guān)鍵性能參數(shù)全時監(jiān)測、自適應(yīng)調(diào)節(jié)功能的特高壓變壓器，進一步提高特高壓輸電可靠性。