1000kV变压器的绕组结构设计优化

(一)绕组的基本要求

绕组是变压器的心脏,是变压器变换和输配电能的中枢。要保证变压器长期安全可靠地运行,对变压器的绕组,必须满足以下基本要求。

(1)电气强度。

1)雷电冲击耐受电压。

2)操作冲击耐受电压。

3)工频耐受电压。

(2)耐热强度。在长期工作电流产生的热作用下,绕组的绝缘的使用寿命应不低于20年,变压器在运行条件下,在任意线端发生突然短路,绕组应能承受住短路电流所产生的热作用而无损伤。

(3)机械强度。变压器带负荷运行时,正常运行时绕组受到的电动力作用较小,突然短路时的短路电流为正常额定电流的数倍甚至十几倍,电动力与短路电流的平方成正比,因此绕组所受的电动力为正常运行的数十至数百倍。大型变压器所受的电动力可以达到几百t。在变压器短路强度不够时,就会发生绕组变形,匝间、饼间激烈的相互运动,导致变压器的绝缘发生机械损伤而引起内部短路。因此在设计中应采取有效措施,保证绕组具有良好的承受短路能力。而且在运行中变压器受到近区或出口较大短路电流冲击时,需要进行绕组变形试验,检查绕组是否良好。

(4)此外,变压器的阻抗、负载损耗等性能参数也必须满足要求。

(二)绕组的结构形式

由于变压器容量和电压的不同,绕组所具有的结构特点亦各不相同,包括匝数、导线截面、并联导线换位、绕向、绕组连接方式等,需要根据不同的要求进行设计,变压器绕组形式细分见图2-15。

图2-15　绕组结构类型

(三)1000kV变压器绕组结构型式及基本参数

1000kV变压器绕组结构型式及基本参数见表2-4。

表2-4　1000kV变压器绕组结构型式及基本参数

(1)高压、中压、低压、励磁及低压励磁绕组采用内屏蔽连续式,高压绕组和中压绕组为四段屏结构。插入电容连续式(内屏蔽连续式)绕组是在连续式绕组的进线端部分线段插入一独立的屏蔽线匝,屏蔽线与工作线之间一般没有电的连接,但各个屏蔽线都有自己特定的电位。

内屏蔽式绕组:内屏蔽连续式绕组是通过增大线段间的串联电容的方式,来达到改善冲击电压分布的目的。其结构特点是将附加电容线匝直接绕在连续式线段内部,电容线匝的端头包好绝缘后在线段中悬空,电容线匝不载电流,只在冲击电压下起作用。(www.xing528.com)

连续式绕组:当绕组是由若干个沿轴向分布,且由彼此不需要焊接的线段组成的绕组,称为连续式绕组。连续式绕组的端部支撑面大,承受轴向力大,抗短路能力强,且各线段上有较大的散热能力。这种绕组无论是电压等级还是容量范围,应用都很广泛。

内屏蔽连续式绕组的主要优缺点如下:

优点:可以根据插入线段中的屏蔽线匝数的多少调节纵向电容,改善冲击分布,绕组本身没有焊接头,绕制简单。

缺点:屏蔽线匝占据一定的空间位置,使绕组的填充率较低。

内屏蔽式绕组导线排列顺序见图2-16。

图2-16　内屏蔽式绕组导线排列顺序

(2)调压绕组、低压补偿绕组为双螺旋绕组。螺旋式绕组是由多根导线并联叠绕而成,线饼绕成螺旋状,相邻匝间用垫块隔开,每个饼为一匝绕组,由于其良好的机械稳定性、良好的散热能力和工艺性而普遍应用于调压绕组、大电流的低压绕组或低电压的高压绕组(如厂用变压器)。

螺旋式绕组分为单(半)螺旋式、双(半)螺旋式、三螺旋式、四螺旋式、六螺旋、八螺旋式绕组等。

(四)绕组线材及绝缘

高压、中压、低压、调压、励磁绕组采用自粘换位导线,即换位导线中的单根扁导线上涂了一层环氧树脂,目的是漆膜热固化后,将所有小线粘在一起,以提高绕组的抗短路强度。

低压励磁、低压补偿绕组采用纸包扁线。

1000kV绕组的匝绝缘纸选用进口芬兰产TERTRANS I型纸,该绝缘纸是专门用于特高压变压器,其击穿电压达到9.2kV/mm,比QB/T 3521—1999(500kV匝绝缘纸)的规定值高15%,电气性能明显优于500kV匝绝缘纸,提高了匝间及段间绝缘的可靠性。

(五)绕组温升

保变1000kV变压器绕组温升见表2-5。

表2-5　绕组温升设计值

注　1.自耦变温升计算的总损耗,按变压器三绕组运行(同时满负荷)最大损耗:(215.9kW+2265kW=2480.9kW)计算,7组400kW风冷却器投入运行。
2.调压变和补偿变温升计算的总损耗按变压器三绕组运行(同时满负荷)最大损耗:调压变(31+136.6)kW+补偿变(11.6+106.4)kW=285.6kW计算。