单相大容量发电机变压器关键技术分析

2020-08-11李建军

科学技术创新 2020年20期

关键词：漏磁油箱屏蔽

李建军赵楠

（特变电工沈阳变压器集团有限公司，辽宁沈阳110144）

1 概述

随着我国电力行业飞速发展，发电机容量日趋增大，与百万千瓦发电机组配套的大容量变压器也将成为发电厂的关键设备。大容量变压器产品的出现也使变压器中漏磁、电气、机械强度、运输尺寸超限方面的问题更为突出。

本文以DFP-400000/500 变压器为例，对大容量发电机变压器的关键技术进行分析。

2 主要技术性能参数

容量（MVA） 400

额定电压比（kV）525±2×2.5%/27

空载损耗（kW） 125

空载电流（%） 0.15

负载损耗（kW） 680

阻抗电压（%） 18

温升（K）油面:55 绕组:65 油箱:70

3 关键技术问题分析

变压器设计在保证运输条件的前提下，高低高结构对比双柱结构器身重量减少很多，具有很大的成本优势。因此采用单相三柱式、绕组排列为高- 低- 高结构。该设计方案的关键技术分析如下：

3.1 线圈结构

高压线圈1 为中部出线，采用纠结内屏连续式，提高高压首端匝间电容，有效改善线圈的冲击电位和梯度分布。高压线圈2 采用单螺旋式，首端下部出线。低压线圈采用双层螺旋式，由于首、尾端电流方向相反，可以削弱端部漏磁场强度。高压线圈2 和低压线圈均采用自粘性换位导线，降低线圈的涡流损耗，保证抗短路能力。此台产品绕组的绝缘水平为:SI1175LI1550AC680-LI325AC140/LI200AC85，从图中标示出各点的绝缘水平，但连线处的电位需要进行计算。高压Ⅰ匝数为650 匝，高压Ⅱ匝数150 匝，中性点支撑为40kV，工频耐压试验时电压分布为线性。

UA=680kV；

U连=150/650×（680-40）+40=188kV；

可见在工频下U连处的电位约为110 kV 等级，但在冲击电压下，低压入波时，U连处的振荡电位依据验证结果可以达到1.4-1.5 倍左右，所以高压Ⅱ下部的绝缘结构设计要加强。

高低高接线原理图

3.2 绝缘结构

目前，油浸式电力变压器的主绝缘采用油－隔板结构形式，线圈间的绝缘结构采用薄纸筒小油隙结构，根据变压器油的体积效应，油隙耐电强度随油隙的减小而增大，因此在同一主绝缘距离，油隙分割越小，则耐电强度越高。

薄纸筒小油隙结构的最小击穿电压按下式计算：

式中∑dy－油间隙的间隙；

∑dz－所有纸筒厚度的综合，包括电极绝缘；

εy－油的介电系数，取为2.3；

εz－油浸纸板的介电系数，取为4.4；

Ey－紧靠线圈表面油隙的实际允许场强。

另外，在高压线圈下部放置静电板，加强高压线圈下部出线的绝缘，使得各处场强趋于均匀，保证产品的绝缘可靠性。所有线圈及器身绝缘的垫块预先恒压干燥，整体套装，高真空气相干燥，保证线圈高度并使线圈具有足够压紧力，所有器身绝缘件进行圆整化处理，提高电气强度并抑制油流带电。

3.3 铁心特点

铁芯全部采用高牌号优质冷轧硅钢片，全斜接缝，五级步进，两片一叠。铁心叠积采用不叠上轭的先进工艺,铁芯柱叠好后采用独特的叠片工装，使铁芯柱和两轭成为一个坚固、平整、垂直精度高的整体，有效地降低变压器的空载电流、空载损耗。

3.4 引线结构

低压引线大都采用铜排连接，充分考虑大电流引线漏磁在油箱、夹件等部件的分布，并采取有效屏蔽措施控制由此带来的损耗和过热。

3.5 油箱结构

采用筒式油箱，合理布置油箱加强铁，提高油箱的机械强度。

3.6 漏磁控制关键点

该产品为超大容量变压器，漏磁较大，而漏磁引起的杂散损耗和过热也是本产品需关注的重点。其技术难点主要在于漏磁和附加损耗大，造成油箱、夹件等金属结构件出现局部过热。

对变压器漏磁设计的选择一般有三种方案：

（1）完全使用电屏蔽；

（2）完全使用磁屏蔽；

（3）电屏蔽与磁屏蔽的结合。

a.磁屏蔽方式：它是在由电工钢带叠积而成，降低了进入结构件中的漏磁，但采用磁屏蔽后，使磁力线弯曲严重，导线中横向漏磁产生的涡流耗增大。

b.电屏蔽方式：在油箱内壁铺设铜板，当漏磁通进入铜板后，在表面产生涡流的涡流反磁场来阻止漏磁通进入箱壁，从而减少进入箱壁的漏磁通，但会造成其他未加屏蔽的钢结构件中杂散损耗增加。

c.在同一个区域磁屏蔽和电屏蔽结合使用。

针对一些技术难点，在产品设计时主要采取以下措施：

（1）在线圈端部采用嵌入压板式磁屏蔽，其由65mm 宽度的条形硅钢片按一定形状叠级成肺叶状，整体嵌入器身上下铁轭垫块中，利用硅钢片的高导磁特性将线圈产生的漏磁通导入到铁轭中，进而降低漏磁通进入到钢结构件，达到降低变压器的杂散损耗，同时也避免出现局部过热的现象。

（2）在大电流经过的钢结构部位采用无磁钢板，并在油箱侧盖上和箱壁上加装铜屏蔽和磁屏蔽以防止箱壁和箱沿过热，也可有效减少杂散损耗，这种屏蔽产生的涡流排斥了进入油箱的漏磁通，避免了局部过热。在低压侧的箱盖与箱壁加装铜板连接，其主要覆盖范围为两个低压升高座及升高座之间，降低由于大电流引线作用产生的杂散损耗，防止局部过热。