單相大容量發電機變壓器關鍵技術分析

李建軍 趙 楠

（特變電工沈陽變壓器集團有限公司，遼寧 沈陽110144）

1 概述

隨著我國電力行業飛速發展，發電機容量日趨增大，與百萬千瓦發電機組配套的大容量變壓器也將成為發電廠的關鍵設備。大容量變壓器產品的出現也使變壓器中漏磁、電氣、機械強度、運輸尺寸超限方面的問題更為突出。

本文以DFP-400000/500 變壓器為例，對大容量發電機變壓器的關鍵技術進行分析。

2 主要技術性能參數

容量（MVA） 400

額定電壓比（kV）525±2×2.5%/27

空載損耗（kW） 125

空載電流（%） 0.15

負載損耗（kW） 680

阻抗電壓（%） 18

溫升（K） 油面:55 繞組:65 油箱:70

3 關鍵技術問題分析

變壓器設計在保證運輸條件的前提下，高低高結構對比雙柱結構器身重量減少很多，具有很大的成本優勢。因此采用單相三柱式、繞組排列為高- 低- 高結構。該設計方案的關鍵技術分析如下：

3.1 線圈結構

高壓線圈1 為中部出線，采用糾結內屏連續式，提高高壓首端匝間電容，有效改善線圈的沖擊電位和梯度分布。高壓線圈2 采用單螺旋式，首端下部出線。低壓線圈采用雙層螺旋式，由于首、尾端電流方向相反，可以削弱端部漏磁場強度。高壓線圈2 和低壓線圈均采用自粘性換位導線，降低線圈的渦流損耗，保證抗短路能力。此臺產品繞組的絕緣水平為:SI1175LI1550AC680-LI325AC140/LI200AC85，從圖中標示出各點的絕緣水平，但連線處的電位需要進行計算。高壓Ⅰ匝數為650 匝，高壓Ⅱ匝數150 匝，中性點支撐為40kV，工頻耐壓試驗時電壓分布為線性。

UA=680kV；

U連=150/650×（680-40）+40=188kV；

可見在工頻下U連處的電位約為110 kV 等級，但在沖擊電壓下，低壓入波時，U連處的振蕩電位依據驗證結果可以達到1.4-1.5 倍左右，所以高壓Ⅱ下部的絕緣結構設計要加強。

高低高接線原理圖

3.2 絕緣結構

目前，油浸式電力變壓器的主絕緣采用油－隔板結構形式，線圈間的絕緣結構采用薄紙筒小油隙結構，根據變壓器油的體積效應，油隙耐電強度隨油隙的減小而增大，因此在同一主絕緣距離，油隙分割越小，則耐電強度越高。

薄紙筒小油隙結構的最小擊穿電壓按下式計算：

式中∑dy－油間隙的間隙；

∑dz－所有紙筒厚度的綜合，包括電極絕緣；

εy－油的介電系數，取為2.3；

εz－油浸紙板的介電系數，取為4.4；

Ey－緊靠線圈表面油隙的實際允許場強。

另外，在高壓線圈下部放置靜電板，加強高壓線圈下部出線的絕緣，使得各處場強趨于均勻，保證產品的絕緣可靠性。所有線圈及器身絕緣的墊塊預先恒壓干燥，整體套裝，高真空氣相干燥，保證線圈高度并使線圈具有足夠壓緊力，所有器身絕緣件進行圓整化處理，提高電氣強度并抑制油流帶電。

3.3 鐵心特點

鐵芯全部采用高牌號優質冷軋硅鋼片，全斜接縫，五級步進，兩片一疊。鐵心疊積采用不疊上軛的先進工藝,鐵芯柱疊好后采用獨特的疊片工裝，使鐵芯柱和兩軛成為一個堅固、平整、垂直精度高的整體，有效地降低變壓器的空載電流、空載損耗。

3.4 引線結構

低壓引線大都采用銅排連接，充分考慮大電流引線漏磁在油箱、夾件等部件的分布，并采取有效屏蔽措施控制由此帶來的損耗和過熱。

3.5 油箱結構

采用筒式油箱，合理布置油箱加強鐵，提高油箱的機械強度。

3.6 漏磁控制關鍵點

該產品為超大容量變壓器，漏磁較大，而漏磁引起的雜散損耗和過熱也是本產品需關注的重點。其技術難點主要在于漏磁和附加損耗大，造成油箱、夾件等金屬結構件出現局部過熱。

對變壓器漏磁設計的選擇一般有三種方案：

（1）完全使用電屏蔽；

（2）完全使用磁屏蔽；

（3）電屏蔽與磁屏蔽的結合。

a.磁屏蔽方式：它是在由電工鋼帶疊積而成，降低了進入結構件中的漏磁，但采用磁屏蔽后，使磁力線彎曲嚴重，導線中橫向漏磁產生的渦流耗增大。

b.電屏蔽方式：在油箱內壁鋪設銅板，當漏磁通進入銅板后，在表面產生渦流的渦流反磁場來阻止漏磁通進入箱壁，從而減少進入箱壁的漏磁通，但會造成其他未加屏蔽的鋼結構件中雜散損耗增加。

c.在同一個區域磁屏蔽和電屏蔽結合使用。

針對一些技術難點，在產品設計時主要采取以下措施：

（1）在線圈端部采用嵌入壓板式磁屏蔽，其由65mm 寬度的條形硅鋼片按一定形狀疊級成肺葉狀，整體嵌入器身上下鐵軛墊塊中，利用硅鋼片的高導磁特性將線圈產生的漏磁通導入到鐵軛中，進而降低漏磁通進入到鋼結構件，達到降低變壓器的雜散損耗，同時也避免出現局部過熱的現象。

（2）在大電流經過的鋼結構部位采用無磁鋼板，并在油箱側蓋上和箱壁上加裝銅屏蔽和磁屏蔽以防止箱壁和箱沿過熱，也可有效減少雜散損耗，這種屏蔽產生的渦流排斥了進入油箱的漏磁通，避免了局部過熱。在低壓側的箱蓋與箱壁加裝銅板連接，其主要覆蓋范圍為兩個低壓升高座及升高座之間，降低由于大電流引線作用產生的雜散損耗，防止局部過熱。

3.7 溫升試驗結果

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從上表可以看到，協議要求油箱溫升為70K，而該產品實測值為63.1K，滿足合同的要求，這說明對于產品采取的防漏磁措施起到了明顯的成效。并且DFP-400000/500 變壓器的成功試制也為今后大容量百萬發電機主變的設計提供了設計經驗。

4 結論

本文以DFP-400000/500 變壓器關鍵技術問題分析為例，對單相大容量發電機變壓器提出了基本設計方案，特別是采用高低高線圈結構和產品漏磁方面的處理措施并取得了顯著成效。