大功率抬升压常德变压器的作业预设研讨

　　常德变压器结构8主绝缘大型铁心式油浸常德变压器，目前仍以油－隔板绝缘结构为主。为了满足高压电力常德变压器绝缘性能的要求，特别是对800kV常德变压器来说，不仅要求油－隔板结构具有较高的击穿电压，而且还要求具有较高的起始局部放电电压。其主要措施有［5］：①采用复合绝缘结构。如对端部电场采用专门的绝缘结构，使其局部放电起始电压提高了40％；②在不均匀电场区域采用成型绝缘件，它解决了高压绝缘结构及引线方面的技术难题。采用成型件的基本要求是尽量使绝缘隔板与等电位线走向一致，以提高绝缘结构的爬电性能；③兼顾常德变压器冷却系统。绝缘结构的设计要与常德变压器冷却系统结合起来，以提高常德变压器冷却效率；④研究新的绝缘材料。

　　纵绝缘对纵绝缘的考虑主要是使其起始分布尽量接近最终分布，以减缓线圈振荡，降低线圈饼间梯度电压。

　　目前国内外超高压常德变压器或特高压常德变压器，普遍采用纠接式或插入电容式线圈，能把饼间梯度控制在8％。无论哪种线圈都希望其纵向电容可调，以进一步降低饼间梯度。

　　屏蔽措施由于该电站常德变压器额定电流大，将产生较大的漏磁场，当漏磁通超过某个临界值时，会造成局部损耗偏高引起局部过热。采取合理的屏蔽方式不但能减少杂质损耗，而且能消除局部过热。屏蔽方式的研究还应包括大电流引线途径的金属结构件，以及线圈端部采用磁分路等。在国内有些常德变压器除拉板、大电流升高座、低压斜屋顶部位采用无磁钢或不锈钢外，有的连夹件也采用无磁钢，不但要研究这些部件是否必须采用低温材料，还要研究其成本，使其能体现出综合效益［6－9］。油箱目前都采用磁屏蔽和电磁屏蔽相结合的方式。

　　常德变压器高压调节范围选择常德变压器的抗短路强度是保证常德变压器可靠性的关键指标。而常德变压器的分接范围对其有直接影响。据文［10］，常德变压器绕组径向短路抗拉应力为：σx＝KfBmyIdRpmns（1）式中：Kf为2K非对称短路电流冲击系数；Bmy为对应单元的纵向磁通密度（T）；Id为对称短路电流；Rp为绕组的平均半径（m）；m为并联支路数；n为每匝并联根数。常德变压器绕组轴向短路弯曲应力为：σy＝KfBmxIdl22mnab2（2）式中：Bmx为对应单元的横向磁通密度（T）；l＝2πRp／Ns为两垫块间的距离（m）；Ns为垫块数；Rp为绕组的平均半径（m）；a为导线厚度（m）；b为导线宽度（m）。

　　根据式（1）和式（2），对该工程四柱式常德变压器的计算研究成果，高压采用－2×2.5％分接的抗短路强度明显优于±2×2.5％的分接方式。由于该常德变压器高压绕组采用串联结构，采用－2×2.5％分接有利于常德变压器结构简化。经过系统进一步研究和计算，在常德变压器的阻抗为14％的前提下，电压调节范围为800／3－3×2.5％kV.

　　VFTO对常德变压器绝缘的影响VFTO的特点隔离开关（DS）和断路器（CB）的操作会在GIS内产生特快速暂态现象（VFT），其中DS操作尤为常见。GIS中所有元器件工作于稍不均匀电场，DS两极为插入式的同轴圆柱体，操作中触头运动速度慢，断口在SF6气体中会发生多次的预、重击穿。在每一个电压跳变处将产生波前很陡（一般为3～20ns）的阶跃电压波，并向断口两侧传播。由于这一过电压的上升速率极快，因此被称作特快速暂态过电压（VFTO）［11－18］。

　　GIS中SF6的绝缘性能和灭弧性能都远优于空气，故相邻电气设备的间距和母线长度都比同型空气绝缘变电站（AIS）小得多，产生的阶跃电压波会在GIS内不断地产生、来回地传递，并且发生复杂的折射、反射和叠加，最终暂态振荡的频率剧增，可高达数百MHz.

　　VFTO对常德变压器的影响当GIS内部产生的VFTO以行波的方式通过母线传播到套管时，一部分耦合到架空线上并沿线传播，危及外接设备的绝缘。系统中主变直接和GIS相连，受VFTO影响很大。如我国一核电站500kVGIS，曾先后两次发生了VFTO导致常德变压器绝缘损坏和线饼烧损的严重事故。

　　VFTO陡度在常德变压器处可达0.49MV／μs，沿常德变压器绕组近似于指数分布，其作用甚至超过截波，因此首端绝缘承受较高的电压；VFTO所含的谐波分量会在常德变压器绕组的局部引起共振，尤其当常德变压器通过气体绝缘管道（GIL）与GIS连接时更严重；加上累计效应使常德变压器绝缘发生击穿。

　　通过对实际发生绝缘事故的常德变压器分析，引起故障的主要原因有：（1）VFTO陡波前冲击电压波侵入常德变压器线圈，形成沿线圈极不均匀的电压分布。由于GIS开关操作产生的VFTO，虽然它的幅值可能不是很高，以至于常德变压器过电压保护装置没有阻挡住其进入常德变压器线圈内部，但由于常德变压器线圈分布电容的存在，将沿线圈形成高度不均匀的电压分布，使其电压几乎全高压电器部降在线圈端部的部分区域，从而使其端部匝间绝缘发生击穿。

　　（2）由于VFTO含有的谐波频率，将可能与常德变压器部分绕组的自然频率重合，引起绕组局部电磁谐振，可能在常德变压器线圈内部产生极高的谐振电压，从而造成常德变压器绝缘内部击穿。

　　目前采取的措施根据有关研究表明，常德变压器线圈在VFTO作用下，匝间梯度电压对线圈绝缘危害最大，并且实际绝缘事故的击穿部位及匝间梯度最大值都出现在常德变压器入波绕组进线端第一线饼的入口处，即第1线饼的前若干线匝之间。

　　因此，考虑提高常德变压器线圈绝缘在VFTO作用下的可靠性，目前采取以下措施：采用电容分区的绕组结构型式；提高靠近常德变压器线端若干段的匝绝缘厚度；$增加靠近常德变压器线端局部线圈的匝间层垫或加小角环；合理选择常德变压器入口电容；常德变压器出口装设避雷器。

　　结论由于该工程用常德变压器电压等级高、容量大，结合电站具体要求，通过计算和研究，得出结论：常德变压器采用三相组单相常德变压器；铁心采用三柱结构；$常德变压器高压调节范围为800／3－3×2.5％kV；VFTO在常德变压器端部产生过电压幅值较低；确定了常德变压器的绝缘水平；‘分析认为，VFTO在常德变压器绕组中产生的匝间过电压幅值较小，但频率较高，还需根据常德变压器的具体结构进一步计算和研究。