三峡水电站大型主变压器

介绍西门子公司为三峡水电站设计的大型变压器的特点。在设计这种额定容量超过500MVA的大型主变压器时，有许多限制需要特别关注，如运输尺寸和重量、安装地的情况、最高允许温度、技术要求等都影响设计，还有接近技术极限范围的电、热和机械负荷以及要解决过激磁的问题。

大型变压器总是具有“战略”意义的，意即它在额定容量范围应能持续运行，而且应有很高的可靠性。特别要注意低压引线、大电流套管的带电和不带电材料的发热，以及对漏磁场的影响。

绕组用定向油流冷却，辅以用耐热纸绝缘，以便尽量减小纤维素的老化。雷电和操作水平的设计一般不成问题。但对甩负荷条件、直接接到大型GIS上及各个技术条件的细节需要特别注意。

铁芯考虑到运输，为5柱式。铁芯的额定电感选择受过激磁要求、空载噪音、局部漏磁场、铁芯允许温度的制约，约在1.7T范围内。附加的结构措施如为抑制涡流将铁芯片分段和控制磁通等的消极措施，都体现出技术水平。

1、840MVA主变压器的设计方案

1.1技术条件

三峡工程用的840MVA变压器的技术条件是一个内容丰富的文件，体现出国内和国际标准以及用户和他们的顾问的经验。840MVA变压器的主要数据如下：

额定容量       840MVA

                     (带4只冷却器)

                     1092MVA

                     (带6只冷却器)

额定电压       550kV

                     －2×2.5%/20kV

接线组           YNd 11

Uk                      16.5%

绝缘水平

                      高压            低压

Um                     550kv            24kv

BIL         1550kv    125kv

SIL         1200kv    －

AC          680kv            55kv

声压级                         77dB(A)

最高冷却水温度           28℃

最高环境温度                     40℃

以下要提到许多技术条件细节，它们对结构有明显的影响：

绕组绝缘的工作场强<2kV/mm

允许的过激磁1.2p.u．(对30min)，1.3p.u.

(对于60s)和1.4p.u.(对于5s)

箱体纵壁中的大电流套管

冷却水高度污染

1.2铁芯结构

铁芯为5柱式，用激光照射过的HiiBi钢片叠积而成。芯柱同样用玻纤带捆绑。外部铁片包分成多个。铁轭压板间的拉伸杆柱是非磁性的，以避免甩负荷时形成发热点。铁芯重约260t，用16只圆柱／柱销装置同箱体连接(图1略)。

图2　高压绕组结构型式

a)纠结式扁线绕组　　　b）纠结式绞股线绕组　　　　c)绞胶股绕组

1.3绕组

低压绕组是两层的层绕组，它由并联铜绞合线用环氧树脂粘结而成。导线的绝缘用热稳定纸构成。采取针对性油冷却，保证绕组和油之间均匀散热。

550KV高压绕组为0D冷却的饼绕组，带有中间输入端和调压绕组-2.5%/-5%。用环氧树脂粘结的绞股线亦由热稳定纸绝缘。根据技术条件，匝间绝缘的工作场强不得大于2KV/mm。图2a或2b所示的纠结式绕组由于匝间电压高不是最佳。带有分级控制线以匹配所需电容的双饼线圈满足技术条件。与一家导线制造商共同研制出带集成控制的专用绞合线。

1.4漏磁场对箱体设计的影响

变压器箱体必能承受主体件的重量和所有作用力(运输、地震等)。它是通向发电机出线和SF6开关设备的高压和低压套管之间的接口，它耐真空和油密封，由单一的结构钢制成，而且必须避免因漏磁场造成不允许的温升。

大量的磁场计算，使之适当地选择了引导和控制漏磁通的防护措施(图3)。用热成像相机所做的温度测量证实计算是成功的。

1.5冷却设备

由6个单个元件组成的水双管冷却器是专为高度污染的冷却水设计的。入口锥度结合大的冷却器截面保证了水的合理分布。冷却水需要量大的缺点(每个冷却器单元70m2/h)对世界上最大的水力发电站算不上什么。

2、结语

根据大型主变压器的一般设计规范，介绍了中国三峡工程的840MVA变压器的一些专门解决方案。

此间，在纽伦堡的9台变压器和在中国的1台变压器已制造成功并经过试验。技术条件的诸点均被满足，而且试验站测量的分散性在一个很窄的公差带内，期待着这些变压器的顺利运行。

作者:         李建基