±1100kV直流輸電項目換流變壓器的研究及質量管控

宋承志 邱劍鋒

摘 要：本文通過±1100kV換流變壓器的初期設計方案研究及該項目ABB公司的設計培訓、生產過程的經驗總結，分析產品在設計過程的結構難點和重要的關注要點，以實際的質量管控過程提煉有針對性的質量控制措施。

關鍵詞：±1100kV；換流變壓器；質量管控

一、項目簡介

±1100kV特高壓直流輸電技術是一個全新的電壓等級，也是目前世界輸電技術的最高點，新疆電網以750kV交流電壓等級和西北電網聯網，若實現交直流并行輸電，網側電壓采用750kV，閥側電壓達到±1100kV。此產品依托國家電網公司準東送出±1100kV特高壓直流輸電工程開發研制。

±1100kV直流系統擬采用每極雙十二脈動換流器“550kV+550kV”串聯的接線方案，如圖1所示。額定直流電流：4750A。考慮投入備用冷卻設備后、在當地最高環境溫度下，直流系統的最大電流達到5000A。主回路考慮直流系統雙極運行方式，1100kV直流額定輸送功率10450MW。

圖1 “550kV+550kV”換流器接線方案

換流變壓器電氣接線與每個12 脈動閥組相連的有6臺換流變壓器，圖1中的 “換流變HY” 和“換流變LY”各3臺，換流變壓器的閥側繞組采用星形連接，“換流變HD” 和“換流變LD”各3臺，閥側繞組采用三角形連接。從高壓端到低壓端換流變壓器閥側繞組連接方式依次為星形接線-三角形接線-星形接線-三角形接線。

二、技術介紹

昌吉-古泉±1100項目（簡稱CG1100）是ABB公司與特變電工沈陽合作生產，全球首臺±1100kV變壓器將在今年完成研發及生產，項目輸送容量為12GW，電壓等級分布和絕緣水平較以往的±800kV項目有相應的提升，發送端變壓器單機容量為607.5MVA與10GW項目（509.4MVA）相比有一個較大的提升；直流各級電壓由±200、±400、±600、±800提升至±275、±550、±825、±1100，我公司與ABB合作生產高端（HVDC）±825、±1100產品，絕緣水平的提升決定產品主距和閥引線的結構上有了較大的調整。整體結構同10GW項目類似，產品器身采用兩柱結構（兩主柱兩旁柱），有載開關內置，冷卻方式為強油導向風冷（ODAF）。

（一）產品技術特點

1、節能、環保、高效。

目前，我國電力電壓等級最高的直流輸電項目為±800kV特高壓直流輸變電工程，但新疆能源基地距離中東部用電負荷中心超過2400公里，若采用±800kV特高壓直流輸電技術，電力外送損耗可能超過10%，因此，±1100kV直流輸電技術，是我國實現遠距離大容量輸電的重大戰略舉措，更加節能、環保、高效。

2、傳輸容量大，建設成本降低。

±1100kV直流輸電與±800kV直流輸電、兩個±500kV直流輸電比較：

1）輸送容量大幅提升。

2）占地面積小。

3）輸電線路造價低，輸電用電纜與±800kV相近，比±800kV總體輸送容量高，比兩個±500kV輸電線路造價少一半。

（二）技術難點及解決方案

1、±1100kV換流變壓器運輸

由于電壓等級和容量的雙重提升，運輸已經成為首要解決的大問題。經初步計算，，需考慮解體運輸。這將會帶來現場搭建臨時廠房、設干燥爐、以及現場組裝、現場試驗等一系列問題。因此最終確定原材料組部件從ABB公司分散運輸到沈變公司，在沈變公司完成線圈制作后，以運輸桶方式運至新疆±1100kV廠房，進行后續絕緣、器身裝配及總裝配試驗。

2、絕緣問題

絕緣問題存在兩大難點。閥側電壓±1100kV換流變壓器主絕緣結構和網側電壓750kV端部出線結構以及±1100 kV閥側出線絕緣。

±1100kV換流變壓器除了要經受住長期工作電壓、短時感應試驗電壓（ACSD）、長時感應試驗電壓（ACLD）、長時交流外施耐壓、操作沖擊試驗、雷電沖擊試驗等的考驗外，還要經受直流兩小時的直流耐壓和近四小時的極性反轉試驗。線圈間和端部絕緣結構的可靠性設計非常關鍵，利用電場分析程序計算在各種絕緣試驗情況下的各油隙、絕緣紙板及電極表面場強，我們將通過合理選擇主、縱絕緣裕度，布置角環位置、數目及選擇合適的角環圓角值來保證其絕緣可靠性，全面分析沿電力線各油隙的電場分布以及沿絕緣紙板的爬電強度，通過優化絕緣結構消除整個絕緣系統中的薄弱環節。

3、試驗裝備及能力

試驗大廳的接地系統和屏蔽系統按照±1100 kV換流變壓器的水平進行設計和建設，由于±1100 kV換流變壓器閥側電壓較高，當時對試驗系統在原有的基礎上進行了全面的升級建設。其主要設備的相關技術參數全部是特變電工自行提出與制造廠家共同研制和制造的，這些設備的電壓等級多為國內或世界同行電壓等級最高的。進行±1100 kV換流變壓器的試驗，還需對試驗大廳和試驗系統進行全面的升級。

（三）行業技術水平

對于±800kV級換流變壓器，世界范圍內只有中國應用。已經運行的三條線路為中國南方電網公司的云廣直流輸電工程、中國國家電網公司的向上直流輸電工程、錦屏直流輸電工程，正在建設的中國南方電網公司的糯扎渡直流輸電工程、中國國家電網公司的哈密直流輸電工程、溪洛渡直流工程等。以上產品的國外生產廠家主要有德國Siemens、瑞典ABB，國內生產廠家有特變電工股份有限公司、西電西變、保定天威保變公司等。

而對于±1100kV級換流變壓器無論是在國外還是在國內，都是第一次制造，缺乏成熟的經驗。必須解決一系列關鍵問題：高電壓絕緣及局放問題；750kV網側中性點有載開關問題；試驗技術等。還要考慮換流變壓器的漏磁通、諧波及溫升的控制；直流偏磁及噪聲控制；抗短路性能和機械強度以及運輸問題。對于以上問題，高電壓絕緣以及運輸問題尤其具有挑戰性。特變電工將不遺余力地開發研制。

（四）質量管控措施

針對±1100kV換流變的難點及以往換流變的關鍵結構環節，專項編制質量計劃，從工序開工先決條件檢查、材料驗收、關鍵工序檢查、工序完工交檢及完工小結，分別以停止點（H點）、現場見證點（W點）進行管控，絕不允許越點情況發生。在自檢互檢檢查合格的情況下，交由專檢檢查，專檢合格的產品首臺±1100和±825產品再由ABB專家檢查，最后對關鍵工序進行廠內鑒定。發現問題要做到事事有人負責、分析、整改、落實、跟蹤，有效預防問題的重復發生，保證產品質量、保證一次試驗合格。

1.在沈變操作檢查記錄的基礎上，參照ABB的±1100kV換流變檢查卡內容和圖紙信息，形成各工序專項過程操作檢查記錄37份，在總工程師審批后下發執行。

2.編制專用檢查用合格證（紅色標簽），在材料驗收以及各工序檢查結果的統一標識。

3.針對下發的昌吉項目ABB公司學習資料，對產品結構及相關注意事項進行培訓、學習，分析對比與以往產品的不同，并針對不同及特殊要求有針對性檢查準備。

4.昌吉-古泉項目所有檢驗人員均統一進行設計、工藝培訓并通過考試，獲得上崗資格證書。

5.硅鋼片、鋼板和電磁線三大主材，以專項檢驗標準要求進行驗收和理化試驗，對電磁線實現全過程的核電式監造管控，并動態調整質量計劃中監造見證點，并將供方現場環境按線圈車間清潔度標準進行檢查管控，每批每規格進行理化性能試驗，保證電磁線生產過程質量可控；對鋼板實行每批性能測試；對硅鋼片實行供方生產現場取樣理化性能試驗，試驗合格后發貨等一系列措施。

三、結論

該項目將成為我國及世界特高壓直流電網建設的最高電壓等級項目，將大力推動特高壓直流項目的國產化進程，成為未來特高壓直流輸電工程用電力設備設計制造的領先水平。為國家實施“西電東送”、“南北互供”、“全國聯網”、“疆電外送”能源優化配置戰略提供國產裝備保障。該項目的研究成果及±1100kV換流變壓器成功開發將為建設全國性輸電網絡提供有力保障，實現更大范圍的資源優化配置，極大地緩解中國目前的能源輸送壓力，保障國民經濟持續、穩定發展。進一步提升國際競爭力，將為我國電網和裝備制造業帶來巨大的經濟效益。

（作者單位：1.21068219850312501X；2.362502198512202651）