馬明元

（1.保定天威保變電氣股份有限公司，河北 保定 071056；2.河北省輸變電產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院，河北 保定 071056）

0 引言

我國特高壓交流變電站采用的1000MVA/1000kV單相特高壓交流變壓器鐵心尺寸大，鐵心疊片質(zhì)量將近170 t，變壓器總裝成后總質(zhì)量約為500 t，因此無法用1 ∶1的樣機(jī)進(jìn)行國產(chǎn)電工鋼帶性能驗(yàn)證和評估[1]。因此需要按照一定比例構(gòu)建一種特高壓交流變壓器模型縮比樣機(jī)，以方便開展研究。1）采用不同牌號電工鋼帶制作多臺類似特高壓交流變壓器鐵心結(jié)構(gòu)的模型樣機(jī)。2）提出針對特高壓交流變壓器用國產(chǎn)電工鋼帶的技術(shù)指標(biāo)要求。

1 模型樣機(jī)

1.1 基本參數(shù)

變壓器型號：ODS-30/3

名稱：單相自耦三繞組干式變壓器

額定容量：30/30/5 kVA

電壓比：3/1.5/0.544 kV

接線原理圖如圖1所示，其中LV1、LV2為第三繞組；CV1、CV2為公共繞組；SV1、SV2為串聯(lián)繞組；A為高壓首端；X為高壓末端；a為低壓首端；x為低壓末端，Am為中壓末端，繞組排列從內(nèi)到外為鐵心第三繞組-公共繞組-串聯(lián)繞組，所有繞組均為雙柱并聯(lián)，采用層式結(jié)構(gòu)，第三繞組為單層繞組。

圖1 模型變壓器接線原理圖

1.2 鐵心結(jié)構(gòu)

模型樣機(jī)采用雙柱三框式結(jié)構(gòu)，額定電壓下的磁通密度設(shè)計(jì)值為1.7 T，設(shè)計(jì)值基本與現(xiàn)有的特高壓交流變壓器相同[2]。鐵心直徑、相間距、窗高按照特高壓交流變壓器的鐵心等比縮小。

按照一套模型樣機(jī)圖紙生產(chǎn)制造了8個尺寸和重量完全相同的樣機(jī)，8個樣機(jī)選取的電工鋼帶牌號見表1，不同電壓的空載磁密見表2，選取相同或相近厚度、單位鐵損相同或相近的不同廠家的電工鋼帶進(jìn)行性能測試分析，選取常用牌號27或30進(jìn)行研究；模型樣機(jī)磁密在100%電壓下磁密為1.7 T，和實(shí)際特高壓交流變壓器磁密選取相吻合，提高了試驗(yàn)數(shù)值的真實(shí)性。

表1 模型變壓器硅鋼片牌號

表2 不同電壓下的空載磁密

1.3 繞組結(jié)構(gòu)

模型樣機(jī)變比按照特高壓交流變壓器變比等比縮小，電壓縮小比例約為1/200。繞組排列從內(nèi)到外為鐵心第三繞組-公共繞組-串聯(lián)繞組，所有繞組均為雙柱并聯(lián)，采用層式結(jié)構(gòu)，第三繞組為單層結(jié)構(gòu)。

為了方便實(shí)時檢測模型變壓器鐵心中的磁通分布，需要在不同的部位設(shè)置測量繞組，分別在柱間上軛、主柱、旁軛上設(shè)置了相同匝數(shù)的測磁繞組，設(shè)置測磁繞組匝數(shù)相同，通過測量3個繞組上的電壓[3]，可以定量分析鐵心中的磁通分布，3個測磁繞組的位置分布示意如圖2所示。

可以看到：FISE將二維轉(zhuǎn)發(fā)表的大部分開銷從TCAM中移到了SRAM中。這是因?yàn)镾RAM要比TCAM便宜得多（TCAM成本大概是SRAM的10～100倍），能耗也相對低得多（TCAM能耗大概是SRAM的幾十倍到100倍）。FISE借助TCAM的高速匹配和SRAM的空間壓縮大大降低了二維轉(zhuǎn)發(fā)表的開銷并保證了匹配性能。

圖2 模型變壓器測磁繞組分布位置示意圖

1.4 模型樣機(jī)實(shí)物

模型樣機(jī)鐵心實(shí)物如圖3所示。模型變壓器試驗(yàn)用油箱為平頂桶式結(jié)構(gòu)，實(shí)物圖如圖4所示。

圖3 模型鐵心樣機(jī)

圖4 模型變壓器試驗(yàn)用油箱

2 空載性能計(jì)算

2.1 鐵心重量

模型樣機(jī)鐵心結(jié)構(gòu)為雙柱三框式結(jié)構(gòu)，其鐵芯總重量按公式（1）計(jì)算。

式中：Gz為主柱重量；Gp為旁柱重量；Ge為鐵軛重量；GΔ 為角重。

按公式（1）計(jì)算鐵心總重量為：

G=Gz+Gp+Ge+GΔ=96+48+99+10=253kg

模型樣機(jī)額定電壓下主心柱設(shè)計(jì)磁密為1.7 T。

2.2 空載損耗計(jì)算

式中：K為工藝系數(shù)，此值為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；GX為鐵心的重量，kg；Pjx為硅鋼片在設(shè)計(jì)磁密下的損耗值，W/kg；可以通過鐵損曲線查得。

各模型樣機(jī)在額定電壓下的空載損耗計(jì)算值見表3。

表3 模型變壓器空載損耗計(jì)算值

2.3 空載電流

工程上空載電流是由2個分量組成的，一個分量是鐵耗電流IFe，一個分量是磁化電流Iμ，鐵耗電流是由空載損耗引起的，當(dāng)用百分?jǐn)?shù)表示時，計(jì)算公式如公式（3）所示。

式中：P0為空載損耗，W；SN為變壓器容量，kVA。磁化電流Iμ如公式（4）所示。

式中：K為工藝系數(shù)，該值為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；GX為鐵心的重量，kg；QFEX為硅鋼片在設(shè)計(jì)磁密下的激磁功率，VA/kg，可以通過激磁功率曲線查得；Nf為接縫數(shù)目；qδ為接縫處單位面積的磁化容量，VA/cm2；Af為接縫處凈面積。

空載電流I0可以用公式（5）計(jì)算。

各模型在額定電壓下的空載電流計(jì)算值見表4。

表4 模型變壓器空載電流計(jì)算值

3 模型樣機(jī)測試

在模型樣機(jī)上進(jìn)行了電壓比測量、直流電阻測量、短路阻抗和負(fù)載損耗測量、額定電壓下空載損耗和空載電流測量和1.1倍額定電壓下空載損耗和空載電流測量。

3.1 空載電壓比測量結(jié)果

通過變比測量儀，測量模型樣機(jī)的空載電壓比，測量結(jié)果見表5。

表5 模型變壓器電壓比測量值

3.2 空載損耗和空載電流測量結(jié)果

從低壓側(cè)施加額定電壓544 V，高壓和中壓側(cè)開路，測量模型樣機(jī)在額定電壓下的空載損耗和空載電流，測量結(jié)果見表6。

表6 模型變壓器額定電壓下空載損耗和空載電流

3.3 1.1倍額定電壓下空載損耗和空載電流測量

從低壓側(cè)施加1.1倍額定電壓598.4 V，高壓和中壓開路，測量模型變壓器在1.1倍額定電壓下的空載損耗和空載電流，測量結(jié)果見表7。

表7 模型變壓器1.1倍額定電流下空載損耗和空載電流量值

3.4 測試結(jié)果分析

從模型樣機(jī)試驗(yàn)結(jié)果看，雖然不同廠家同牌號電工鋼帶制造的模型樣機(jī)的空載電流和空載損耗有所差別，但是此差別在合理范圍內(nèi)。通過反復(fù)測試可以看出，經(jīng)過多年努力，寶鋼、武鋼為首的國產(chǎn)電工鋼帶和國外同牌號電工鋼帶性能已完全接近，甚至部分牌號要優(yōu)于進(jìn)口。

4 特高壓交流變壓器用國產(chǎn)電工鋼帶的技術(shù)指標(biāo)要求的建議

通過對國產(chǎn)電工鋼帶在特高壓交流變壓器中的性能測試分析研究，為提高特高壓交流變壓器國產(chǎn)化率做準(zhǔn)備，在特高壓變壓器上用國產(chǎn)電工鋼帶代替進(jìn)口電工鋼帶，確保產(chǎn)品性能，對國產(chǎn)電工鋼帶提出了如下建議，為后續(xù)特高壓交流變壓器電工鋼帶國產(chǎn)化打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。1）建議國產(chǎn)電工鋼帶的磁特性（包括最小磁極化強(qiáng)度、最大比總損耗）應(yīng)符合表8。2）應(yīng)保證整卷寬度及長度內(nèi)的任意部位鐵損值均小于牌號保證值，最高值將作為該鋼卷認(rèn)定的鐵損值。磁疇細(xì)化高磁感硅鋼片應(yīng)采用單片H線圈法測試儀測量硅鋼片磁性能，其他類型的硅鋼片采用愛潑斯坦方圈測量法或單片H線圈測試儀測量硅鋼片磁性能。3）絕緣涂層的電阻≥ 30 Ω·cm2。絕緣涂層應(yīng)有良好的附著性，漆膜應(yīng)光滑、均勻無色差、清潔無污點(diǎn)、白斑點(diǎn)，應(yīng)能耐絕緣漆、變壓器油、機(jī)械油等的浸蝕。在剪切過程和規(guī)定的熱處理?xiàng)l件下進(jìn)行熱處理時，涂層不能有脫落的現(xiàn)象，但是在剪切邊緣上，涂層的輕微碎裂則允許存在。

表8 特高壓變壓器用硅鋼片的磁特性

在經(jīng)最終退火的鋼帶中測得的絕緣涂層電阻（總面積為6.45 cm2，10個電極）應(yīng)滿足以下條件：單側(cè)5次測量的平均值：≥ 30Ω·cm2；每個讀數(shù)都必須 ≥ 5Ω·cm2。

5 結(jié)論

通過采用不同硅鋼片制作的模型變壓器性能試驗(yàn)，可得到如下結(jié)論：1）采用不同廠家同牌號硅鋼片制造的模型變壓器的性能有所差別，但是從模型數(shù)據(jù)測量結(jié)果來看，采用同牌號國產(chǎn)硅鋼片和進(jìn)口硅鋼片制造的模型樣機(jī)空載性能差別不大。2）采用寶鋼B27R090硅鋼片制造的模型樣機(jī)性能與韓國27PHD090硅鋼片制造的模型樣機(jī)基本相同，在某些指標(biāo)上（如空載損耗）略優(yōu)于采用韓國硅鋼片制造的模型樣機(jī)。