特高壓直流輸電換流變壓器引進技術研究

劉科良　趙如

摘 要：特高壓直流輸電用換流變壓器的結構特點，對換流變壓器進行了縱絕緣分析、主絕緣交直流電場以及漏磁場的計算，并對換流變壓器的制造技術引進方面進行了介紹。

關鍵詞：換流變壓器；絕緣；電場；磁場；制造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.05.183

1 前言

隨著我國特高壓直流輸電項目的不斷發展，直流輸電的電壓等級在不斷的提高，使我們國內變壓器制造廠家有機會與不同的國外變壓器制造廠家合作。不同變壓器制造廠家的產品有它們各自的特點，開闊了我們的眼界，引起了人們的興趣，提高和推動國內制造廠家的設計和制造水平。本文以與ABB的合作項目——向家壩-上海±800kV特高壓直流輸電工程中的±400kV級Y/y換流變壓器為例，對換流變壓器結構特點進行分析，進行了絕緣分析、主絕緣交直流電場以及漏磁場的計算研究，并對換流變壓器的制造技術引進方面進行了介紹。

2 結構特點

本臺ABB設計的換流變壓器為單相雙繞組有載調壓式。主要有以下幾個結構特點。

冷卻方式，本臺換流變壓器的冷卻方式為OFAF。這種冷卻方式的油雖然也是強迫油循環，但油泵只是將油打入油箱中，進入油箱中后沒有任何導向器身的結構。產品在設計上采取了相應的結構配合這種冷卻方式。

線圈的結構。采用小規格的單根紙包線或組合導線，而且導線的絕緣很薄；線圈中間不設縱向油道，線圈內外徑為大油道，并在線圈內外徑放置擋油板對油進行導向。線圈形式采用圓筒式、糾結-連續式等結構。

漏磁通的控制。線圈上下端部采用磁分路結構，油箱上采用銅屏蔽，對漏磁通進行有效的疏導和屏蔽。

閥側引線的處理。閥引線設計相對簡單，操作方便，在短軸箱壁出線。

油箱的定位及支撐。器身下部定位落在鋪設絕緣的箱底定位碗中，箱蓋上的定位孔，器身上部通過定位螺母固定在定位孔內。并通過上部定位對箱蓋起支撐作用。箱蓋可以不設加強鐵。

3 絕緣分析

3.1 繞組的縱絕緣

本臺換流變壓器線圈排列由內向外為：調壓線圈、網線圈、閥線圈。如前面所述，為了考慮散熱方面的需求，線圈使用了薄絕緣、大油道結構。但這種結構卻相應地使線圈在電場下的絕緣降低了。然而，產品在線圈的結構形式上采用了超常規的插花糾結-連續式結構。眾所周知，繞組的起始電壓分布是由其電容分布決定的。而繞組的結構形式決定了該繞組的電容分布情況。良好的電容分布能夠改善線圈端部的起始電壓分布，從而減小線圈上的沖擊電壓振蕩。本臺換流變壓器的一個線圈采用了超常規的七根插花糾結-連續式結構。這種線圈的結構由于糾結根數多，在改善線圈端部的起始電壓分布方面確實很有效果。計算結果表明，它的首端各油道全波和截波沖擊梯度都很小，最高都沒有超過3%。

沖擊電壓分布中的最大梯度是決定縱絕緣特性的主要依據。因此從以上計算結果我們可知，該繞組的結構對其本身的縱絕緣特性是非常有利的。這種結構降低了線圈在沖擊下的電位梯度，從而改善了線圈的電場強度。化解了薄絕緣、大油道結構對絕緣帶來的負面影響。

3.2 主絕緣交直流電場

與交流變壓器不同，換流變壓器除一個高壓網側繞組外，還有一個全絕緣的高壓直流用閥繞組。閥繞組除承受一般交流變壓器的交流和沖擊電壓外，還要承受疊加的直流電壓作用。在額定工作狀態下，換流變壓器閥繞組端部與地之間以及閥繞組與網繞組之間的主絕緣上長期承受直流電壓；當系統發生潮流反轉時，閥繞組所承受的直流電壓也同時發生極性反轉。這些電壓的作用是換流變壓器絕緣設計中應考慮的主要問題。

4 制造技術

本次合作的換流變壓器的結構特殊，制造方法也很有特點，我們對產品制造過程中的特殊方法進行研究并成功應用于生產中。

4.1 高頻感應焊接技術

接觸高頻感應焊接技術。與以往采用電阻加熱的方式不同，該技術主要應用于銅線與銅線、銅線與電纜間的電氣連接，采用專用的高頻感應設備對焊接部位進行加熱，通過填充焊料的方式進行連接。前面提到的網線圈七根插花糾結連續式線圈的制造就依靠高頻感應焊接技術得以順利實現。

4.2 線圈的干燥與加壓

單個線圈獨立加壓、單獨組裝是本產品的一大結構及制造工藝特點，其線圈整理完成后，首先采用熱風循環加熱并在干燥前、干燥后進行大壓力加壓。然后再進行單個線圈的獨立組裝。最后再到器身裝配工序。為了滿足上述要求，需要專用的線圈數控壓力機和干燥爐，來滿足產品線圈的壓力要求和干燥要求。

4.3 插上軛裝配技術

本產品結構和制造技術上的另一個特點是插上軛。器身絕緣裝配工序套完線圈后，先安裝夾件，并通過夾件對線圈進行加壓，調整線圈高度和夾件的安裝高度后，再進行插上軛。針對上述特點，需要絕緣裝配加壓裝置，該工序還需采用液壓C型卡具進行上軛的卡緊。

4.4 器身總裝配技術

本產品的器身總裝配壓緊技術很獨特。在壓板上設計了溝槽，將用消防帶制作的液壓裝置來對器身加壓，加入調節撐條，完成器身下箱前最后的壓緊。

5 結束語

本特高壓直流輸電合作項目的400kV換流變，由于需要試驗的驗證，還有很多參數目前還不能進一步對比分析研究，本文換流變壓器的結構特點進行了介紹，對線圈縱絕緣、主絕緣，進行了計算分析，并對制造技術引進方面進行了介紹。

變壓器的設計是一個系統工程，有機的整體。某一個結構或方面的變化要引起與之相關的其他變化。我們在領會的時候不能斷章取義，要對整體結構和相互之間的聯系有充分的考慮。只有這樣，才能真正體會到變壓器的精髓。

參考文獻：

[1]趙畹君.高壓直流輸電工程技術[M].北京：中國電力出版社，2004.

[2]路長柏，朱英浩等.電力變壓器計算[M].哈爾濱：黑龍江科學技術出版社，1990.

作者簡介：劉科良（1988-），男，遼寧沈陽人，設計員，研究方向：電氣工程。