特高压输变电工程用变压器类产品的开发特高压输变电工程用变压器类产品的开发特变电工沈阳变压器集团有限公司2013年10月特高压输变电工程用变压器类产品的开发目 录1.特高压输变电工程的必要性和意义2.国内外特高压输变电发展现状3.特高压变压器的研发能力4.特高压1000kV变压器的技术参数5.特高压1000kV变压器产品的主要结构6.特高压1000kV变压器的关键技术7.特高压1000kV变压器总体方案介绍8.特高压1000kV变压器试验结果和结论特高压输变电工程用变压器类产品的开发 随着中国经济的快速发展，对能源提出了更为迫切的需求。

东部经济发达地区的电力供需矛盾日益加剧，已严重制约了中国的经济发展，而能源主要分布于西部。

20年来中国相继进行了三峡水电工程的建设和外送、西南水电的开发和送出、西北煤电工程的建设。

电力输送的距离越来越远。

根据我国电力资源分布与电力负荷的严重不均衡状况以及大电网发展的客观要求，将进一步加大跨区西电东送规模和跨区电网之间的交换容量。

为了减少电能输送的损耗，必须提高输电线路的电压，或用直流输送。

为此迫切需要研制特高电压变压器、电抗器以满足输变电工程建设的需要。

另一方面，在特高压电网建设以前，我国的区域电网的最高交流电压为500kV级，西北地区为330kV级，已经无法满足电网容量进一步增加和全国联网的需要。

因此也需要提高电压等级。

特高压输变电工程用变压器类产品的开发1.特高压输变电工程的必要性和意义特高压输变电工程用变压器类产品的开发必要性和意义：建设远距离、大容量、低损耗输电能力的特高压输变电系统，是中国能源、经济和社会协调发展的必然要求；有利于促进大煤电、大水电和大核电基地的集约化开发，优化能源生产和消费布局；有利于西部地区将资源优势转化为经济优势，促进区域经济协调发展；有利于改善电网结构，提高电网的安全性和可靠性；有利于降低电网建设成本，节约土地资源，减轻运输和环保压力，提高运营效率，促进资源节约型和环境友好型社会建设； 实现风、水、煤等多种能源长距离、大容量互补传送；中国特高压的研制成功对世界上其它国家的大规模电力优化配置和提升电力装备制造水平具有借鉴意义。

特高压输变电工程用变压器类产品的开发特高压输变电工程用变压器类产品的开发2.国内外特高压输变电发展现状特高压输变电工程用变压器类产品的开发世界电压等级发展历史特高压输变电工程用变压器类产品的开发中国电压等级发展历史特高压输变电工程用变压器类产品的开发国外特高压发展现状国际上自从60年代发展了750kV的输电线路后，近几年来，美国、前苏联、日本、法国等一些国家已先后研制出1000kV级的输变电设备。

美国与瑞典联合研制1800kV级的特高压输变电设备，已研制出两台1785kV/150MVA的变压器。

俄罗斯于1976年建成1km特高压交流试验线路，从1981~1985年在哈萨克斯坦境内建成埃基巴斯图兹——科克切塔夫——库斯坦奈的长达900km的特高压交流线路，并开始按1150kV设计电压运行。

至1993年前苏联境内已建成的1150kV线路全长2364km。

日本的1000千伏特高压交流输电技术研究始于1973年，在1994年成功地完成了一组3000MVA/1050kV变压器研制。

于1988年秋动工建设特高压输电线路，1992年4月28日建成了西群马开关站到东山梨变电站140km特高压输电线路，并以500kV电压开始降压运行。

特高压输变电工程用变压器类产品的开发我国特高压发展现状从1986年起特高压输电研究先后被列入我国“七五”、“八五”和“十五”科技攻关计划，1990～1995年，国务院重大办组织“远距离输电方式和电压等级论证”；1990～1999年，国家科委组织“特高压输电前期论证”和“采用交流百万伏特高压输电的可行性”等专题研究。

2004年以来，国家电网公司就特高压输电工程关键技术组织了全面系统研究。

二十一世纪初始，国内首条交流1000kV联网工程于2008年投入商业运行，用于华北和华中两大电网的联网，最高运行电压为1100kV，额定传输容量为3000MW。

晋东南-南阳-荆门1000kV交流特高压示范工程线路全长645km，包含晋东南、荆门两座变电站和南阳一座变电站，变电容量6000MVA，静态投资56.88亿元，动态总投资为58.57亿元。

特高压输变电工程用变压器类产品的开发晋东南1000kV变电站南阳1000kV开关站晋东南1000kV变电站晋东南-南阳-荆门1000kV交流特高压示范工程变电站及开关站特高压输变电工程用变压器类产品的开发3.特高压变压器的研发能力特高压输变电工程用变压器类产品的开发特高压变压器的技术特点是：电压等级高、容量大、外限尺寸（包括运输外限）大要求其可靠性高，因此1000kV变压器技术难点存在以下几点：1）绝缘问题;2）漏磁问题，包括损耗问题;3）绕组抗短路能力问题；4）油流分布及绕组温升问题，防止产生油流带电现象及控制绕组的热点温升。

特高压输变电工程用变压器类产品的开发沈变从上世纪70年代开始进行了多次与世界变压器行业主要制造商和研究企业的技术交流形成了具有自主知识产权的大型变压器设计制造技术的引进，使沈变的变压器设计技术又上了一个新的台阶；沈变为生产三峡工程用大型变压器，建设了具备生产“双百万”（容量100万kVA，电压100万伏）能力的具有世界一流先进水平的厂房，配置了世界一流的设备，为提高、保证产品质量打下了坚实的基础；沈变将国外的先进技术与自己的技术相结合形成了自己一整套开发大容量、高电压变压器的设计、验证的计算方法。

特高压输变电工程用变压器类产品的开发3.1绝缘问题——电场计算与波过程计算变压器可靠性在很大程度上决定于变压器内绝缘的可靠性。

变压器线圈段间绝缘以考核各种冲击波下的绝缘强度为主，而主绝缘一般以考核工频电压下的绝缘强度为主。

为了保证在设计阶段即能对各个关键部位的电场分布有准确的把握，利用开发和引进的多种电场和波过程的解析与仿真软件对变压器内的绝缘结构进行了冲击波分布及二维或三维电场的计算机仿真，从而得出最佳的绝缘结构并达到局放最低的设计目标，保证变压器的使用寿命。

对于1000kV电力变压器，通过进一步完善过电压保护手段，降低避雷器防护级别确定的相对绝缘水平，工作电压的作用将增大。

内部过电压（避雷器防护级别与最大工作电压振幅的关系）的限制，对于500kV为2.5；对于750kV为2.1；对于1150kV为1.8。

同500kV相比，电压等级750kV在工作电压下主绝缘内的平均强度增加了15%，而1150kV的平均强度增加了33%。

特高压输变电工程用变压器类产品的开发3.2漏磁问题——磁场解析及避免局部过热变压器的漏磁场是指由原副边线圈负载电流的平衡磁势所产生的磁场。

随着容量的增大，变压器内的漏磁问题明显突出。

一方面由于漏磁通量增大，漏磁场在结构件中引起的杂散损耗明显增大，造成效率降低；另一方面，由于漏磁集中，有可能造成局部过热，影响变压器的可靠运行。

因此在变压器设计时，对变压器内的漏磁分布进行准确的计算，通过适当地调整或改进结构，达到减少损耗及损耗集中的目的。

特高压输变电工程用变压器类产品的开发3.3变压器的短路强度变压器的短路强度是保证变压器可靠性的关键指标。

为保证产品的抗短路能力，我们进行了多方面的分析研究来保证变压器的抗短路能力，我们引进了日立、西门子的计算方法，我们也和高校联合进行开发。

目前，我们把变压器的线圈短路机械强度分成径向强度和轴向强度两部分。

内线圈的失稳情况可归纳如下几点：A、按弹塑性计算比按弹性计算更合理。

B、按多跨模型而不是单跨模型。

如图3-1的多跨模型。

C、有一处或多处完全失效时则极易失稳。

D、当有未完全失效支撑点时，只要支撑刚度达到某值时，也不会出现失稳现象。

特高压输变电工程用变压器类产品的开发3.3变压器的短路强度分析轴向强度时，考虑金属导线是不能压缩的，只是有一定的质量，而其余绝缘物视为弹性体，这样把线圈简化为一维的弹簧体系。

如图3-1，图3-2。

同时，由于短路时的漏磁场是变化的，所以，线圈所受到的力也是一个动态的力，是随时间变化的，大小在变，方向也在变，工艺处理情况不同，力也在变。

所以，我们在计算线圈的短路力时，要考虑动态的过程，计算出的力是一个大小、方向随时间在变化的力，并与线圈的实际的工艺处理情况有关，与端部支撑，预压紧力，辐向支撑情况有关。

通过综合考虑，并根据所选用的原材料确定整个线圈的强度，确定其在短路时的各个受力情况的裕度，使之有足够的抗短路能力。

动态模型试验室总体框图特高压输变电工程用变压器类产品的开发3.3变压器的短路强度图3-1有弹支的多跨模型图3-2线圈轴向机械力计算模型通过这个简化模型我们开发了变压器线圈的抗短路能力的计算程序，这个程序考虑力随时间的变化，压紧力的大小等。

特高压输变电工程用变压器类产品的开发3.3变压器的短路强度 变压器在短路时，由于辐向力的作用使绕组产生残余变形，从而降低变压器的主绝缘强度。

对于辐向受压的绕组，需要考虑其机械强度及动力稳定性。

由于轴向电动力可能对绕组夹紧结构产生巨大的冲击力，并有可能使导线在轴向失稳，因此有必要准确计算绕组线饼所受的轴向压力、轴向位移、对夹紧结构的作用力以及必要的压紧力。

绕组受力的示意图特高压输变电工程用变压器类产品的开发3.3变压器的短路强度3.3.1辐向电动力作用下内绕组的抗失稳强度经过大量的变压器实体与模型的短路试验和理论研究，得出如下的观点：轴向压紧力对内绕组的辐向失稳有非常大的影响。

导线的辐向尺寸与内绕组的辐向失稳强度接近线性关系，而不是平方关系。

在变压器的短路情况下，不应考虑支撑对内绕组辐向失稳强度的影响。

铜导线应作为塑性材料并基于变压器运行时的绕组温度来考虑。

基于以上观点，在计算辐向电磁力作用下的绕组电动稳定性时，确定导线径向截面中的平均应力，及辐向方向上导线的变形。

根据这些应力和变形，通过与屈服点极限值和允许辐向位移相应的比较，来检验辐向上绕组的强度和刚度，并计算保证绕组辐向稳定性的轴向压紧力。

特高压输变电工程用变压器类产品的开发3.3变压器的短路强度3.3.2导线的抗弯曲强度计算导线在受轴向和辐向电磁力时的抗弯强度时，确定单根导线中的由轴向和辐向电磁力引起的最大弯曲力矩，考虑到单根导线的平均应力，计算轴向和辐向弯曲时的极限允许弯曲力矩。

通过轴向和辐向电磁力引起的最大弯曲力矩与相应的极限允许弯曲力矩的比较，检验绕组导线在辐向和轴向方向上的抗弯强度。

特高压输变电工程用变压器类产品的开发3.3变压器的短路强度3.3.3 绕组的轴向电动力分布线饼在短路过程中运动轨迹绕组轴向动力学模型线饼在短路过程中的轴向压力特高压输变电工程用变压器类产品的开发 3.3变压器的短路强度3.3.4 绕组线饼的轴向抗倒伏强度 线饼的轴向倒伏示意图导线在轴向上的倒伏状态如图所示，经过大量的变压器实体与模型的短路试验和理论研究，得出如下的观点：1、把线饼在轴向上的倒伏也视为一种失稳状态，线饼中各匝由各匝间绝缘的摩擦力而具有一定的联系。