特高壓交流變壓器用電工鋼帶國產(chǎn)化應用

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的樣機進行國產(chǎn)電工鋼帶性能驗證和評估[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，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。2）提出針對特高壓交流變壓器用國產(chǎn)電工鋼帶的技術指標要求。

1 模型樣機

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)

模型樣機采用雙柱三框式結(jié)構(gòu)，額定電壓下的磁通密度設計值為1.7 T，設計值基本與現(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。

按照一套模型樣機圖紙生產(chǎn)制造了8個尺寸和重量完全相同的樣機，8個樣機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行性能測試分析，選取常用牌號27或30進行研究；模型樣機磁密在100%電壓下磁密為1.7 T，和實際特高壓交流變壓器磁密選取相吻合，提高了試驗數(shù)值的真實性。

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置測量繞組，分別在柱間上軛、主柱、旁軛上設置了相同匝數(shù)的測磁繞組，設置測磁繞組匝數(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。這是因為SRAM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 模型樣機實物

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

圖3 模型鐵心樣機

圖4 模型變壓器試驗用油箱

2 空載性能計算

2.1 鐵心重量

模型樣機鐵心結(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）計算鐵心總重量為：

G=Gz+Gp+Ge+GΔ=96+48+99+10=253kg

模型樣機額定電壓下主心柱設計磁密為1.7 T。

2.2 空載損耗計算

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

各模型樣機在額定電壓下的空載損耗計算值見表3。

表3 模型變壓器空載損耗計算值

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，當用百分數(shù)表示時，計算公式如公式（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)驗系數(shù)；GX為鐵心的重量，kg；QFEX為硅鋼片在設計磁密下的激磁功率，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）計算。

各模型在額定電壓下的空載電流計算值見表4。

表4 模型變壓器空載電流計算值

3 模型樣機測試

在模型樣機上進行了電壓比測量、直流電阻測量、短路阻抗和負載損耗測量、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

從模型樣機試驗結(jié)果看，雖然不同廠家同牌號電工鋼帶制造的模型樣機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)于進口。

4 特高壓交流變壓器用國產(chǎn)電工鋼帶的技術指標要求的建議

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)化率做準備，在特高壓變壓器上用國產(chǎn)電工鋼帶代替進口電工鋼帶，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)化打下堅實的基礎。1）建議國產(chǎn)電工鋼帶的磁特性（包括最小磁極化強度、最大比總損耗）應符合表8。2）應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定的鐵損值。磁疇細化高磁感硅鋼片應采用單片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。絕緣涂層應有良好的附著性，漆膜應光滑、均勻無色差、清潔無污點、白斑點，應能耐絕緣漆、變壓器油、機械油等的浸蝕。在剪切過程和規(guī)定的熱處理條件下進行熱處理時，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，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)硅鋼片和進口硅鋼片制造的模型樣機空載性能差別不大。2）采用寶鋼B27R090硅鋼片制造的模型樣機性能與韓國27PHD090硅鋼片制造的模型樣機基本相同，在某些指標上（如空載損耗）略優(yōu)于采用韓國硅鋼片制造的模型樣機。