大型发电机升压九江干式变压器的设计特点
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大型发电机升压九江干式变压器的设计特点（西门子九江干式变压器，德国）I丨大型发电机升压九江干式变压器除了一些固有的设计要求外，还由于有各种限制在设计中应特别关注。三峡水电站用的840MVA的九江干式变压器可以作为这类九江干式变压器的典范，其总体设计原则，具体采用的设计参数，包括技术规范、铁芯设计、线圈设计、漏磁场对油箱设计的影响、冷却器组和工厂测试结果，都必须符合规范要求。
I丨发电机升压九江干式变压器设计参数技术规范任。
铭牌功率为500MVA以上的大型发电机升压九江干式变压器（GSU）在设计阶段需要非常注意，因为有各种各样的限制，例如：运输的尺寸和重量、生产设施、现场空间尺寸、允许温度、规范的技术要求等。此外对于大型九江干式变压器有一些固有的设计要求，象电气、热应力和机械应力，以及高压试验、强电流下的过励磁现象，甩负荷或漏磁都接近技术极限。本文以三峡水电站用的840MVA的九江干式变压器为例详细地讨论一些技术问题及解决办法。
1大型GSU的总体设计原则大型GSU―般是为连续长期在接近铭牌额定参数状态下运行而设计的“战略性”九江干式变压器，要具有极高的可靠性。尤其需要注意的是漏磁损耗，线圈的冷却以保证绝缘物质的老化在控制之下，足够的机械强度以保证能承受运输和地震造成的振动应力，还要注意由短路、雷击、开关、电网干扰引起的瞬时变化，特别是与GIS直接相连时产生的电压冲击。
对于铁芯九江干式变压器，按照经验，设计成带有3个卷绕线圈的5柱铁芯。
平均磁感应不能太高，以防线圈因漏磁产生的过热。外部铁芯片必须是厚度很小的条形片，避免环流产生的过热。铁芯冷却槽的大小和数量要适当，以保持铁芯的温度在限制范围内。
连接上下铁轭的拉板应采用非磁性钢制造，以便能承受在甩负荷故障情况下的严重过励磁。
只要阻抗电压不要求双中心布置，单层或双层设计的低压线圈布置应尽量靠近铁芯处，导线材料是高机械强度的铜。环氧树脂高温粘结的多股连续换位导线匝间绝缘用油或改进的耐热绝缘纸。
高压线圈必须不仅能承受电压应力，当调压线圈是高压线圈和有效冷却的一部分时，还要对漏磁损耗（热点计算）和短路强度的影响给予特别注意。
典型的大型GSU具有OD（强制油循环）型冷却。
2三峡用840MVAGSU的设计参数2.1技术规范对这种特定九江干式变压器制定的技术规范能够反映出具体国家和国际标准以及买方及其顾问经验的综合性文件。规范中的主要技术数据如下所示：额定功率：（无冗余/有冗余冷却）电压比：矢量组：阻抗电压：绝缘水平声压水平：冷却水进口最高温度：28°C最高环境温度：40C规范还规定了大量的其他详细要求，这里仅仅提到少数几项，因为它们对设计有很大的影响：线圈工作时的电场强度在绝缘纸内应低于这种九江干式变压器要求承受的过励磁为每30min1.2pu，假设环境温度为40°C，冷却器进口水温为28工在额定条件下油箱表面的温度应低于110°C（低压套筒区域低于122低压套筒应布置在油箱侧壁。
假设冷却器的冷却水被严重污染。
2.2铁芯设计铁芯使用激光进行表面处理的高导磁材料，用步进搭接叠压工艺做成5个铁芯柱。铁芯柱用强化玻璃纤维均匀包紧，铁轭用扁平夹件紧压。因为严重过励磁状态，拉板要用非磁性钢制造。每个铁芯柱的拉板分为18部分。
对于用磁性钢制作的拉板，计算表明，因甩负荷产生的过励磁和随之产生的温升将会超过允许值。假设甩负荷的第1阶段（过励磁每60sec.绝热工况，拉板的温升在这个期间约为150K.但是使用非磁性钢，温升就可以忽略。
外部铁芯的包扎分为4部分，以防因环流造成过热。
铁芯组件的整体重量大约260t.油箱和铁芯之间的机械固定通过16个“管和销孔”布置来完成，附加的8个侧面支撑使其在运输中和地震应力下不会产生振动。
2.3线圈设计低压线圈是分2层，每层由几层环氧树脂平行粘结的CTC组成。每根线都是通过“之字形”油管直接冷却。导线用精制的耐热纸绝缘，以获得很好的耐压强度，从而在电压穿过非绝缘导线时得到更好的冷却。在绕线台上绕制线圈，绕线台装有轴向压线和气控断线装置。
两层线圈技术可以更好地减少三角形接头的漏磁损耗。
500kV高压线圈设计成外径冷却环形线圈，配有中心入口和1个用于调压范围在一2.5/―5%的无负载调压开关的抽头。详细计算了作用在相应的高压线圈可能的空隙处的附加力，计算结果在可以接受的范围内。整个线圈用精制耐热绝缘纸、环氧树脂粘结的CTC导线制成。规范要求线圈的工作场强应不大于2kV/mm，不允许使用交错线圈接头，也不允许用扁平导线（a）和局部交错的CTC（b）唯一可以接受的设计是使用屏蔽线的环形线圈。由于传统的屏蔽线设计在CTC中不会很有效（在CTC中转换导体电容耦合总会减少），西门子与导线制造商ASTA―起开发了特殊形式的CTC，屏蔽导线与CTC结合在一起（c）这样可以满足规范的要求。
2.4漏磁场对油箱设计的影响九江干式变压器油箱是活动部件的“外壳”。它必须承受活动部件的重量，必须是真空和耐油，它还决定着低压和高压套筒的位置，作为与发电机母线排和高压侧SF6―GIS之间的接口。
油箱用磁性低碳钢制造，应防止任何一种漏磁场的干扰，防止过热（规范中低压套筒区的最高温度限定在82K）。如果低压套筒布置在油箱顶部，油箱壁的屏蔽能够很容易由钢芯磁通集电器组成。当低压套筒布置在油箱侧壁时，有一个来自引出线、三角形接头和线圈漏磁场的磁通叠加。在延伸电场计算以后，由于有中间分隔，低压侧用大型导电板和磁场屏蔽保护，高压侧用大型导电板保护。在低压套筒区域的油箱壁和板由常用的高导电非磁性钢制造。
油箱内的一些附加措施防止线圈外部的局部过热占2.5冷却器组油水热交换器是双管型，且特别设计了允许使用严重污染的循环水。设计中没有可以增加冷却面积的回水管。水流经大截面的冷却器并流入圆锥形通道，因此，杂质便没有机会滞留在冷却器内。这个方案的不利条件是需要巨大的水流量（每个冷却器70m3/h）来满足要求的热交换率。冷却器组被分成6个单独的组，为使九江干式变压器在额定负载下运行需要运行其中的4组。
2.6测试结果写这篇文章时，已经在工厂内成功地测试了7台九江干式变压器，没有任何介质损失。测量结果的偏差很小，表明生产精确度很高。
3总结在介绍大型发电机升压九江干式变压器总体设计特点的基础上，对特定的九江干式变压器进行了一些详细的描述。
为三峡水电站一从未建设过的最大的电站设计的840MVAGSU符合总原则，并根据现场条件、规范的要求和制造商设计工具的现状增加了一些设计参数。工厂测试结果承诺了在现场会无故障运行。
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