肖朋 徐春苗

（1.營口職業技術學院 遼寧省營口市 115002）

（2.特變電工沈陽變壓器集團有限公司 遼寧省沈陽市 110144）

隨著輸變電行業的快速發展，高電壓工程對220kV發電機變壓器的需求量越來越大，發電機變壓器的性能直接影響到高壓輸電工程建設和運行的質量，因此，研發出高質量的220kV發電機變壓器十分重要。本文結合工程上對發電機變壓器的要求，以一臺400MVA/220kV的三相發電機變壓器為例，對變壓器的主要技術參數進行了介紹，對變壓器的六大裝配結構進行了詳細說明，同時對變壓器的縱絕緣結構設計進行了特別說明。

1 發電機變壓器主要技術參數

根據變壓器技術規范要求，確定了400MVA/220kV發電機變壓器的主要技術參數，如表1所示。

2 發電機變壓器主要結構設計

2.1 鐵心結構

鐵心采用三相五柱式整體結構。使用厚度為0.27mm的進口冷軋硅鋼片，硅鋼片具有高導磁、晶粒取向性能，全斜接縫，鐵心心柱用粘帶綁扎，心柱各級臺階處分別用絕緣圓棒填充，以保證低壓線圈與鐵心之間的支撐充分而有效。鐵心拉板及低壓側面夾件采用無磁鋼板，以利于降低金屬結構件的損耗和防止局部過熱。在器身上下放置磁屏蔽，有效降低線圈漏磁引起的損耗，防止夾件及其結構件產生局部過熱。鐵心墊腳、拉板、夾件都進行結構優化，使鐵心夾緊、器身起吊、壓緊及短路狀態下的機械強度均符合要求。鐵心夾件和拉板材料均采用無磁鋼板，降低其損耗，防止局部過熱。

2.2 絕緣結構

線圈之間的主絕緣采用薄紙筒小油隙結構。變壓器心柱中部絕緣水平較高，使用有限元計算軟件計算出電場分布，根據等場強原則，優化絕緣結構，確定放置角環位置和電極曲率半徑，以及尖角處絕緣的覆蓋厚度，設計時要留有一定的安全裕度，保證變壓器的絕緣可靠[1]。散熱部分采用強油風冷結構，控制器身內的變壓器油流速小于0.5m/s。為降低局部放電發生概率，在心柱和旁柱側均放置地屏，優化鐵心的電極形狀，改善電場分布，降低表面場強。

在工藝方面為保證套裝的緊度，采用整體套裝結構，采用恒壓方式對線圈和線圈組裝進行干燥，線圈出爐前還要進行熱油噴淋，使整體組裝高度保持在允許范圍，以提高線圈的抗短路能力。為滿足變壓器壽命的要求，器身內墊塊采用高密度預壓紙板材料，增加干燥次數，減少器身暴露時間，使器身吸水量降到最低，以此提高變壓器的電氣強度。為防止繞組及絕緣件在真空浸油后發生松動，在上鐵軛與線圈組裝上部壓板間，在壓緊狀態下放置撐緊墊塊，以保證繞組軸向壓緊，并在浸油后進行二次壓緊。

2.3 線圈結構

圖1：發電機變壓器外形圖

圖2：雷電全波沖擊梯度電壓分布

高壓線圈采用中部進線，首端采用內屏連續式，分接段采用糾結式，其余段為連續式，端部線匝間的電容的提高，有效改善線圈的沖擊電位和梯度的分布,使絕緣安全裕度增大。線圈的絕緣結構根據波過程及電場計算結果來確定，使線圈的抗沖擊能力和耐電能力得到充分保證。低壓線圈為雙層螺旋式，換位導線采用自粘性換位網包線，提高散熱性能，降低渦流損耗[2]。

所有線圈均繞在硬紙板筒上，且線圈采用等安匝排列，有效改善線圈各區間的安匝平衡，提高抗短路能力。與此同時采取有效工藝措施保證線圈繞制及套裝的緊度，以提高線圈的本身緊實度，提高整體強度。控制線圈分區高度和整體高度，保證線圈的安匝平衡，提高線圈的抗短路能力，按照ODAF冷卻方式設計線圈內的油路，滿足線圈冷卻需要。

進行線圈漏磁計算，根據計算結果進行導線完全換位，將線圈的環流耗降至最低，線圈端部換位導線單根線高很小，同時器身磁屏蔽的采用，減少了主空道漏磁的橫向分量，這都有效的降低了橫向渦流耗在此產生的局部熱點。

高壓線圈為外線圈，中部出線位置與高壓套管下部均壓球很近，中部出線外包絕緣后，直接進入均壓球，中部出線上端冷壓接線端子，與套管尾部接線板螺栓連接。為保證換位導線股間絕緣良好，在導線換位時和出頭作型時，使用液壓式換位工具，緩慢加壓，支撐點圓棍加粗，繞線時使用木錘輕輕敲打，線圈軸向高度墊塊調節采用氣囊操作。所有換位導線均采用自粘線，等于加厚了各導線股間絕緣。

2.4 引線結構

低壓引線采用銅排連接，充分考慮大電流引線漏磁在油箱、夾件等部件的分布，采取有效屏蔽措施控制由此帶來的損耗和過熱。設計上仔細考核各引線對鐵心、器身、油箱及其它引線等部位的絕緣距離，選取合適的電極直徑和屏蔽措施，減少局放，保證電氣強度，引線采用冷壓焊連接[3]。

低壓線圈出頭引出器身后，換位導線端部冷壓接線端子，與低壓銅排螺栓連接，低壓銅排通過絕緣件固定在低壓上夾件側，低壓銅排通過軟銅片螺栓連接到低壓套管尾端。低壓套管為鋁材料，上下接線端子表面鍍銀，在油中部分與銅接線片相連，因為油中的水與氧氣含量極低，故不會發生電化腐蝕。低壓套管上部接線端子（即空氣中部分）位于封閉母線內，與封閉母線相連的部分可以采用鋁接線片，無銅鋁過渡問題。

2.5 油箱結構

采用鐘罩式油箱，箱沿焊死結構，密封性能好。為防止箱壁和箱沿過熱，在油箱內側加裝磁屏蔽和銅屏蔽，可大大減少雜散損耗。磁屏蔽采用一點接地，其余處均與油箱可靠絕緣。合理加強油箱，保證油箱能承受全真空（殘壓小于33Pa）及0.1MPa的正壓。為保證變壓器不出現滲漏油的現象，法蘭連接面開密封限位槽，油箱箱沿加限位方鋼，保證密封墊的彈性壓縮量，使密封墊能有效密封。

2.6 總裝結構

變壓器長軸兩端配有進口油溫測量和監測裝置。并配備線圈溫度控制器監測油頂層溫度和線圈的溫度及控制冷卻器的投切，所有溫度控制器均有低溫報警和高溫跳閘兩個測點。變壓器配有進口壓力釋放閥、氣體繼電器，保護變壓器在出現故障時能及時切掉。氣體繼電器接點容量不應小于DC110V、3A。產品密封圈采用耐油丁腈橡膠，密封性好，抗老化性強。儲油柜、冷卻器、壓力釋放閥等與主體連接的部位均放有真空蝶閥，方便安裝及檢修。在油箱上部和下部成對角線布置有抽空蝶閥和注油閥門[4]。主體儲油柜和開關儲油柜均有用于監測油位的油位計，儲油柜的油氣隔離系統選用全密封膠囊式儲油柜或全密封波紋式儲油柜。變壓器分接開關采用三相無勵磁分接開關，開關在不吊油箱的情況下方便地進行維護和檢修。冷卻裝置采用風冷卻器，結構特點為單回路結構，結構簡單，密封點少，油流通面積大，流速較低，可減輕油流靜電現象。發電機變壓器外形圖如圖1所示。

表1：220kV發電機變壓器的主要技術參數

3 變壓器縱絕緣結構設計

縱絕緣結構計算包括線圈段間絕緣、匝間絕緣、沖擊電壓作用下的端絕緣、主絕緣及其相對地絕緣的計算，并對計算結果進行分析，找到絕緣薄弱區域，加強絕緣防護，保證變壓器長期可靠運行。為改善變壓器線圈沖擊電位分布，減少線圈沖擊電位震蕩，使其油道沖擊梯度電壓趨于均勻分布，通過對線圈結構的調整，強化線圈特殊部位絕緣等方式，對線圈結構方案進行變壓器線圈波過程計算、分析和論證。根據計算、分析結果，最后確定變壓器各線圈匝間絕緣、段間絕緣的安全裕度系數。線圈在雷電全波下的沖擊梯度電壓分布如圖2所示。

4 結語

本文對三相400MVA/220kV發電機變壓器進行細致研究、分析和開發，介紹發電機變壓器六大裝配各部分設計和工藝的關鍵要素，同時借助大型電磁場計算軟件對關鍵結構進行詳細的驗證，保證變壓器能夠可靠運行。