特高压变压器主要特点与关键技术课件

特高压试验示范工程ODFPS-1000000/1000变压器主要特点与关键技术特变电工沈阳变压器集团有限公司2007-12-26变压器原理知识与变压器计算一、变压器的定义，基本原理和分类1．变压器定义：基于电磁感应原理，传输交流电能，改变交流电压的一种静止电机。2．基本原理：法拉第电磁感应定律公式表达为e=－dφ/dt设交变磁通tmωΦΦ。sin两个绕组电气匝数分别为N1，N2则)90sin(cos)/(1111tNtNNdtdEmmωωΦωωΦΦ。ωΦmNE1max12/11ωΦ）（mrmsNE同理2/2)(2ωΦmrmsNE21)(2)(1//NNEErmsrms这就是变压器改变电压的原理，此种情况为空载情况。3.变压器分类：从大的分类上可分为电力变压器和特种变压器；电力变压器可分为油浸式和干式变压器；电力变压器可分为升压变压器、降压变压器、联络变压器、配电变压器；干式变压器多为配电变压器。油浸式变压器的型号及其意义□□□□□□□□——□／□□绕组相冷却油循绕组导线调压设计额定额定防护耦合数方式环方数材质方式序号容量电压等级方式式a.耦合方式：自耦用“O”表示，其余不标；b.相数：单相用“D”表示，三相用“S”表示；c.冷却方式：冷却介质为水用“S”，冷却介质为风用“F”表示；d.循环方式：强迫油循环用“P”表示，自然油循环不标；e.绕组数：三绕组用“S”表示，双绕组不标，双分裂用“F”表示；f.导线材质：铜线不标，铝线用“L”表示；g.调压方式：有载调压用“Z”表示，无载调压不标；h.设计序号：１，２，３等与目标对应的序号；i.额定容量：变压器最大通过容量；j.额定电压：高压绕组额定电压等级；k.防护系数：THTAW2W3二、变压器基本参数的意义1.阻抗电压：由漏磁引起的变压器内部电压降，一侧绕组短路，另一侧绕组施加电压，当加压侧电流达到该侧额定电流时，所施加电压称为阻抗电压。通常用占百分数的表么值形式给出，也可以用欧姆表的形式表示。阻抗电压是变压器订货及设计中最重要的参数之一。2.电压调整率：(U2N-U2)/U2N×100%＝β(Urcosφ+Uxsinφ)表示变压器带负载后电压变化率，用“ε”表示。β—负载率，Ur—阻抗电压电阻分量，Ux—阻抗电压电抗分量3.额定容量：指通过容量。4.电压组合：各绕组的额定电压及调压范围，注意为空载电压比。5.联结组别：各绕组之间矢量的相互关系，用时钟方法加（1）表示。6.绝缘水平：各端子及中点端子的电压耐受水平，国家标准根据绝缘配合对此有明确规定。7.冷却方式：ODAFODWFOFAFOFWDONANONAF等。8.空载损耗：P0铁心损耗，含涡流损耗和迟滞损耗。9.空载电流：I0(%)含I0x和I0r两部分，其中I0r较小。10.负载损耗：Pk又称短路损耗，主要含铜耗和结构损耗两部分。11.使用条件：1.海拔高度2.污秽等级3.抗震要求12.效率：η＝[输出功率/(输入功率＋P0＋Pk)]×100%三、变压器设计中的主要问题1.电气强度：变压器运行中承受四种电压，即：正常工作电压、大气过电压、操作过电压。谐振过电压，因此绝缘问题是变压器安全可靠运行的关键。2.机械强度：变压器运行中可能要经受短路，保证变压器在短路状态下不损坏，因此变压器的抗短路能力是变压器安全运行的另一个重要指标。3.耐热强度：热特性可以引起绝缘老化发生热击穿或损失变压器寿命。四、变压器的设计计算1.电压计算：三角形接法时，相电压等于线电压，即Up=Uφ星形接法时，相电压为线电压的3/12.电流计算：1)单相变I=SN/UN2)三相变三角形接法时：)3/(NNUSI（线端）)3/(NNUSI3（绕组中）星形接法时：)3/(NNUSI（线端电流与绕组电流相同）3．铁心选取：4/1柱PKD根据阻抗电压数值及其它情况适当调整。4．线圈计算：1）由2/ΦωNE公式，确定低压匝数及每匝电势2）由每匝电势及其余绕组电压确定各绕组匝数3）选择各绕组形式，主要考虑绝缘问题及散热4）线规选取，确定电流密度，预估负载损耗5）确定主绝缘尺寸，确定心柱中心距及窗高，预估空载损耗5．阻抗计算：根据各绕组尺寸，计算阻抗电压。以双绕组为例1．漏磁面积D：2212113131radrraD2．漏磁宽度：21ada3．洛氏系数：H14．阻抗电压：4108.24tkkeHDIWu6．铁心重量及空载损耗，空载电流计算角轭柱铁心GGGG式中：柱G：心柱重量轭G：铁轭重量角G：铁心角重txtxPGPKP00(w)其中：0PK工艺系数txP单位铁耗txG铁心重NtxtxISGqKI10/00(%)其中：0IK工艺系数txq单位磁化容量txG铁心重7．负载损耗计算1）基本电阻耗计算：P=PR1+PR2PR1=I21NR1PR1—低压绕组电阻耗I1N—低压额定电流R1—低压铜电阻PR2=I22NR2PR2—低压绕组电阻耗I2N—低压额定电流R1—低压铜电阻2）涡流耗计算：P(%)纵向漏磁B=1.78IWρ/Hk（Gs）P1(%)=2.99(B×a/δ)×PR1/100(w)P2(%)=2.99(B×a/δ)×PR2/100(w)3）结构损耗：P结构＝K×Uk×SNK—结构耗系数Uk—阻抗电压百分数SN—额定容量8．组件选取原则a)开关：电压等级，额定电流，级电压b)套管：额定电流，额定电压，爬距c)冷却装置：总损耗及温升要求d)储油柜：总油量及用户要求五、变压器的主要结构简介1铁心的作用和型式1)铁心的作用a)主磁通的导磁回路b)器身的骨架2)铁心的型式a)三相三柱式b)三相五柱式c)单相双柱式d)单相三柱式e)单相四柱式f)单相五柱式2线圈的作用和型式1)线圈的作用a)电气回路的核心部分b)铁心励磁和传输电能2)线圈的型式a)筒式b)饼式3绝缘的作用和型式1)绝缘的作用a)绝缘b)散热2)绝缘的型式薄纸筒小油隙4引线的作用和型式1)引线的作用a)完成要求的连接组别b)电流的引出2)引线的型式a)电缆b)铜排，铜管，铜棒5油箱的作用和型式1)油箱的作用a)装油容器b)外部组件支架2)油箱的型式a)筒式b)钟罩式1000kV变压器基本原理、结构特点和关键技术我公司的特高压1000kV主变压器应用于国网公司晋东南－荆门1000千伏特高压交流试验示范工程荆门变电站，其设计方案是在多年前期科研的基础上，经过多次调整、验证、论证而确定的。这里包括国网公司专家组2007年3月、2007年8月两次设计评审，CESI、VEI专家的设计校核。另外，我公司还专门委托乌克兰扎布罗热研究所（VIT）对我公司产品的主纵绝缘强度、短路强度、漏磁等进行全面的设计校核，以保证设计方案的可靠性。目前，我公司的1000kV变压器图纸设计已全部结束，已经开始全面的生产，正在进行线圈、铁心、油箱等部件的制作工作。下面就产品的主要技术要求、总体设计方案、各部结构等分别进行介绍。1、产品的主要技术要求1.1系统最高运行电压：高压：1100kV中压：550kV低压：126kV1.2系统额定频率：50Hz1.3系统短路电流水平：1000kV：50kA500kV：63kA110kV：40kA1.4高中压侧系统中性点接地方式：中性点直接接地。1.5额定容量在绕组平均温升≤65K时连续额定容量：高压绕组：1000MVA中压绕组：1000MVA低压绕组：334MVA1.6额定电压（方均根值）高压绕组：1050/3kV中压绕组：525/3±4×1.25%kV低压绕组：110kV1.7、调压位置：中性点变磁通调压1.8额定频率：50Hz三相连接组标号：YNa0d111.9标称短路阻抗(以高压绕组额定容量1000MVA为基准)：高压－中压：18%高压－低压：62%中压－低压：40%1.10冷却方式：主体变压器的冷却方式为强迫油循环风冷（OFAF）。冷却器的布置形式为壁挂式。调压变采用自然油循环冷却（ONAN）。1.12内绝缘水平：额定短时工频耐受电压kV（方均根值，5min）额定操作冲击耐受电压（相对地）kV（峰值）额定雷电冲击耐受电压kV（峰值）全波截波高压1100180022502400额定短时工频耐受电压kV（方均根值，1min）额定操作冲击耐受电压（相对地）kV（峰值）额定雷电冲击耐受电压kV（峰值）全波截波中压630117515501675中性点140/325/低压275/6507501.13温升限值（变压器三侧绕组同时满负荷）：绕组：65K（用电阻法测量的平均温升）顶层油：55K（用温度计测量）绕组热点温升、金属结构和铁心温升：78K（计算值）油箱表面及结构件表面：80K（用红外测温装置测量）1.14100%额定电压时空载损耗：200kW(设计值，允许偏差+15%)1.15高—中额定分接运行负载损耗（额定频率，75℃时）：1580kW(设计值，允许偏差+10%)1.16高—中额定分接运行总损耗（额定频率，75℃时）：1780kW(设计值，允许偏差+10%)1.17高—中额定分接运行效率：99.82%1.18产品设计重量表：主体器身重t320配件重t50（主体）+21（调压变）油重t132(主体)+44(调压变)调压变器身重t38补偿变器身重t19主体总重：t570调压补偿变总重:t145总重t715主体运输重t397调压补偿变运输重t113(充油)1.19总体外形尺寸：15.3×13×17.8m1.20运输尺寸主体：11.1×4.14×4.97m调压补偿变：5.1×3.8×3.932、总体设计方案介绍本变压器采用中性点变磁通调压，并采用分体结构，变压器分为主体和调压变两部分（见图1产品接线图）。主体和调压变连接组合后可以作为一图1产品总体接线图台完整的变压器使用，也可以将主体单独使用。主体为采用单相五柱铁心，其中三心柱套线圈，每柱1/3容量，高、中、低压线圈全部并联。主体油箱外设调压补偿变，内有调压和补偿双器身，设置正反调无载分接开关。调压线圈通过主体低压线圈励磁调压，并连接调压开关。补偿激磁线圈首末端分别与开关K点及引出端连接，其电压和极性随开关调压位置的变化而变化，并通过电磁耦合带动与主体低压线圈串联的低压补偿线圈的变化，从而实现低压电压的补偿，使低压输出电压偏差控制在1%以内。产品的低压和中性点利用主体和调压变两部分各自的套管通过外部分裂导线连在一起，并通过调压补偿变相应套管连接到线路。其总体外形见图2所示。3、1000kV主变压器与常规500kV主变压器的区别从基本设计原理上来说，1000kV主变压器与常规500kV主变压器并无差别，都是利用电磁耦合原理进行电能传输。但由于本次工程所采用的1000kV主变压器的工作和试验电压极高，容量超大，同时基于1000kV特高压工程的重要影响和意义，1000kV主变压器与常规500kV自耦变压器在一些主要技术参数和结构上还是有一定的差别的。主要体现在：3.1绝缘耐受强度图2变压器总体外形1000kV主变压器的工作和试验电压比常规500kV自耦变压器都提高了接近一倍（见表一），因此必须采用加强的绝缘覆盖和更大的绝缘距离，同时采用优质的绝缘材料，保证产品的电气性能和安全运行。表一1000kV主变压器的工作和试验电压与常规500kV自耦变压器的对比1000kV主变压器常规500kV自耦变压器高压最高工作电压，kV1100550中压最高工作电压，kV550252低压最高工作电压，kV12640.5或72.5高压工频试验电压，kV1100680高压雷电冲击试验电压，kV22501550高压操作冲击试验电压，kV180011753.2调压方式及范围的选择常规500kV自耦变压器大都采取中压线端调压，调压引线和开关的电压水平为220kV。而1000kV主变压器的中压线端为500kV，如果采用中压线端调压，调压和开关的电压水平将为500kV，这样不仅给产品的设计、制造造成极大困难，更对产品的安全运行不利。因此，1000kV主变压器采用了中压末端，也即中性点调压的调压方式。但自耦变