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　　專家論壇。

　　大型發電機升壓變壓器的設計特點（西門子電力變壓器，德國）I丨大型發電機升壓變壓器除了一些固有的設計要求外，還由于有各種限制在設計中應特別關注。三峽水電站用的840MVA的變壓器可以作為這類變壓器的典范，其總體設計原則，具體采用的設計參數，包括技術規范、鐵芯設計、線圈設計、漏磁場對油箱設計的影響、冷卻器組和工廠測試結果，都必須符合規范要求。

　　I丨發電機升壓變壓器設計參數技術規范任。

　　銘牌功率為500MVA以上的大型發電機升壓變壓器（GSU）在設計階段需要非常注意，因為有各種各樣的限制，例如：運輸的尺寸和重量、生產設施、現場空間尺寸、允許溫度、規范的技術要求等。此外對于大型變壓器有一些固有的設計要求，象電氣、熱應力和機械應力，以及高壓試驗、強電流下的過勵磁現象，甩負荷或漏磁都接近技術極限。本文以三峽水電站用的840MVA的變壓器為例詳細地討論一些技術問題及解決辦法。

　　1大型GSU的總體設計原則大型GSU?般是為連續長期在接近銘牌額定參數狀態下運行而設計的“戰略性”變壓器，要具有極高的可靠性。尤其需要注意的是漏磁損耗，線圈的冷卻以保證絕緣物質的老化在控制之下，足夠的機械強度以保證能承受運輸和地震造成的振動應力，還要注意由短路、雷擊、開關、電網干擾引起的瞬時變化，特別是與GIS直接相連時產生的電壓沖擊。

　　對于鐵芯變壓器，按照經驗，設計成帶有3個卷繞線圈的5柱鐵芯。

　　平均磁感應不能太高，以防線圈因漏磁產生的過熱。外部鐵芯片必須是厚度很小的條形片，避免環流產生的過熱。鐵芯冷卻槽的大小和數量要適當，以保持鐵芯的溫度在限制范圍內。

　　連接上下鐵軛的拉板應采用非磁性鋼制造，以便能承受在甩負荷故障情況下的嚴重過勵磁。

　　只要阻抗電壓不要求雙中心布置，單層或雙層設計的低壓線圈布置應盡量靠近鐵芯處，導線材料是高機械強度的銅。環氧樹脂高溫粘結的多股連續換位導線匝間絕緣用油或改進的耐熱絕緣紙。

　　高壓線圈必須不僅能承受電壓應力，當調壓線圈是高壓線圈和有效冷卻的一部分時，還要對漏磁損耗（熱點計算）和短路強度的影響給予特別注意。

　　典型的大型GSU具有OD（強制油循環）型冷卻。

　　2三峽用840MVAGSU的設計參數2.1技術規范對這種特定變壓器制定的技術規范能夠反映出具體國家和國際標準以及買方及其顧問經驗的綜合性文件。規范中的主要技術數據如下所示：額定功率：（無冗余/有冗余冷卻）電壓比：矢量組：阻抗電壓：絕緣水平聲壓水平：冷卻水進口高溫度：28°C高環境溫度：40C規范還規定了大量的其他詳細要求，這里僅僅提到少數幾項，因為它們對設計有很大的影響：線圈工作時的電場強度在絕緣紙內應低于這種變壓器要求承受的過勵磁為每30min1.2pu，假設環境溫度為40°C，冷卻器進口水溫為28工在額定條件下油箱表面的溫度應低于110°C（低壓套筒區域低于122低壓套筒應布置在油箱側壁。

　　假設冷卻器的冷卻水被嚴重污染。

　　2.2鐵芯設計鐵芯使用激光進行表面處理的高導磁材料，用步進搭接疊壓工藝做成5個鐵芯柱。鐵芯柱用強化玻璃纖維均勻包緊，鐵軛用扁平夾件緊壓。因為嚴重過勵磁狀態，拉板要用非磁性鋼制造。每個鐵芯柱的拉板分為18部分。

　　對于用磁性鋼制作的拉板，計算表明，因甩負荷產生的過勵磁和隨之產生的溫升將會超過允許值。假設甩負荷的第1階段（過勵磁每60sec.絕熱工況，拉板的溫升在這個期間約為150K.但是使用非磁性鋼，溫升就可以忽略。

　　外部鐵芯的包扎分為4部分，以防因環流造成過熱。

　　鐵芯組件的整體重量大約260t.油箱和鐵芯之間的機械固定通過16個“管和銷孔”布置來完成，附加的8個側面支撐使其在運輸中和地震應力下不會產生振動。

　　2.3線圈設計低壓線圈是分2層，每層由幾層環氧樹脂平行粘結的CTC組成。每根線都是通過“之字形”油管直接冷卻。導線用精制的耐熱紙絕緣，以獲得很好的耐壓強度，從而在電壓穿過非絕緣導線時得到更好的冷卻。在繞線臺上繞制線圈，繞線臺裝有軸向壓線和氣控斷線裝置。

　　兩層線圈技術可以更好地減少三角形接頭的漏磁損耗。

　　500kV高壓線圈設計成外徑冷卻環形線圈，配有中心入口和1個用于調壓范圍在一2.5/?5的無負載調壓開關的抽頭。詳細計算了作用在相應的高壓線圈可能的空隙處的附加力，計算結果在可以接受的范圍內。整個線圈用精制耐熱絕緣紙、環氧樹脂粘結的CTC導線制成。規范要求線圈的工作場強應不大于2kV/mm，不允許使用交錯線圈接頭，也不允許用扁平導線（a）和局部交錯的CTC（b）可以接受的設計是使用屏蔽線的環形線圈。由于傳統的屏蔽線設計在CTC中不會很有效（在CTC中轉換導體電容耦合總會減少），西門子與導線制造商ASTA?起開發了特殊形式的CTC，屏蔽導線與CTC結合在一起（c）這樣可以滿足規范的要求。

　　2.4漏磁場對油箱設計的影響變壓器油箱是活動部件的“外殼”。它必須承受活動部件的重量，必須是真空和耐油，它還決定著低壓和高壓套筒的位置，作為與發電機母線排和高壓側SF6?GIS之間的接口。

　　油箱用磁性低碳鋼制造，應防止任何一種漏磁場的干擾，防止過熱（規范中低壓套筒區的高溫度限定在82K）。如果低壓套筒布置在油箱頂部，油箱壁的屏蔽能夠很容易由鋼芯磁通集電器組成。當低壓套筒布置在油箱側壁時，有一個來自引出線、三角形接頭和線圈漏磁場的磁通疊加。在延伸電場計算以后，由于有中間分隔，低壓側用大型導電板和磁場屏蔽保護，高壓側用大型導電板保護。在低壓套筒區域的油箱壁和板由常用的高導電非磁性鋼制造。

　　油箱內的一些附加措施防止線圈外部的局部過熱占2.5冷卻器組油水熱交換器是雙管型，且特別設計了允許使用嚴重污染的循環水。設計中沒有可以增加冷卻面積的回水管。水流經大截面的冷卻器并流入圓錐形通道，因此，雜質便沒有機會滯留在冷卻器內。這個方案的不利條件是需要巨大的水流量（每個冷卻器70m3/h）來滿足要求的熱交換率。冷卻器組被分成6個單獨的組，為使變壓器在額定負載下運行需要運行其中的4組。

　　2.6測試結果寫這篇文章時，已經在工廠內成功地測試了7臺變壓器，沒有任何介質損失。測量結果的偏差很小，表明生產度很高。

　　3總結在介紹大型發電機升壓變壓器總體設計特點的基礎上，對特定的變壓器進行了一些詳細的描述。

　　為三峽水電站一從未建設過的大的電站設計的840MVAGSU符合總原則，并根據現場條件、規范的要求和制造商設計工具的現狀增加了一些設計參數。工廠測試結果承諾了在現場會無故障運行。

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