±800kV换流变压器关键技术研究

±800kV换流变压器关键技术研究可行性报告一、项目提出的目的及意义在世界范围内，随着电力工业飞速发展，电力负荷的急剧增长，大型能源基地的建设和输电规模的扩大，电力和电工行业技术水平的提高，推动了特高压输变电技术的发展。

我国一次能源与生产力分布不均衡的格局决定了西电东送、北煤南运的能源流向。

水能资源集中于西部和西南部地区，可开发容量占全国的82.9%；煤炭资源集中于华北和西北部地区，占全国的80%。

西部地区的经济总量占全国18%，电力消费占22%；中部和东部沿海地区经济总量占全国82%，电力消费占78%。

我国经济和社会的快速发展以及用电需求的迅速增长，使得电力供应和煤炭运输日趋紧张，电网的输电压力越来越大，实现电力资源在较大范围优化配置的任务十分紧迫。

当前电网建设面临的困难是：电力消费、装机成倍增长；500kV网络框架已相当密集，短路电流问题十分突出；站址、输电走廊越来越紧张；当前的联网方式、联网规模、输送能力都难以满足大电源集中开发实现远距离大容量输送的要求，更高一级电压输电技术的应用迫在眉睫。

特高压输电工程的建设可以节省输电通道、减少占地，降低送电损耗，增加送电容量。

大力推进西电东送、南北互济，实现全国联网，建立国家级电力市场，实现更大范围的资源优化配置。

发展特高压已成为我国一项重大技术装备政策，我国现已积累了多项±500kV直流输电工程的设计、建设和运行经验。

750kV交流输变电示范工程也正在建设中。

急需在±800kV直流特高压输电技术上有所突破。

作为国内仅有两家掌握±500kV直流输电工程设计的企业，特变电工沈变公司应义不容辞承担起这一攻关任务，因此，公司根据国家电网建设的需要，积极开展了特高压直流±800kV换流变压器基础研究和项目攻关，通过项目实施，最终形成适合特高压输变电设备的专有技术，拥有自主知识产权。

同时，利用这些技术研制出合格的产品，实现特高压输变电设备国产化，产品推向国内市场，降低电网建设成本，进一步提升我国输变电制造业的整体水平。

因此，该项目提出目的和意义重大。

二、与项目相关的国内外发展概况及市场需求分析1. 国外发展概况当今世界，各个国家电网的规模都向越来越大的方向发展，大电网、长距离输电、供电早已成为国际趋势。

苏联、日本、意大利和美国等曾先后建成交流特高压输电工程及试验工程。

前苏联从上世纪70年代末开始1150千伏特高压工程的建设，研制了变压器、电抗器、断路器等全套敞开式特高压设备，先后建成特高压线路2462公里，其中两段共900公里长的输电线路及3个特高压变电站从1985起相继投入商业运行，累计全压运行5年时间。

日本自1973年开始研究特高压输电技术，从1990年至今共建成426公里同塔双回特高压输电线路，同时成功研制了全套1000千伏气体绝缘全封闭组合电器，在新榛名试验站累计进行全压考核近5年，运行情况良好。

总体上看，经过30多年的研发，特别是国际上几个特高压工程的建设，特高压设备通过了型式试验，并投入试验或商业运行，经受了实际运行考验或长时间带电考核，解决了特高压设备的关键技术问题。

一段时期以来，国内对特高压电网存在巨大争议的一个重要原因就是前苏联和日本的特高压电网并未进入大规模的商业运行甚至降压运行。

针对质疑，国际大电网会议秘书长科瓦尔曾说过“日本和前苏联的情况和中国是完全不一样的，最主要的原因是后来没有更大的电力需求，导致出现目前的状况。

但应该注意的是日本仍计划在2010年升压运行；俄罗斯的情况或许更复杂，其中一部分线路由于国家解体后留在了其他国家，国家之间很难协调解决。

而中国的问题很清楚，用电量大，电源点输出电量大，中国需要更好的资源配置，所以这个构想是合理的”。

其次国际大电网会议组织也在“2006特高压输电技术国际会议”上表示，前苏联的第一个特高压输电国工程建设于上世纪八十年代，直到苏联解体时还在运行。

当时，国际大电网会议组织已经认为1000千伏输电在技术上是可行的。

其实，日本和前苏联特高压电网的进行降压运行，并不表示特高压输电技术已被西方国家放弃。

俄罗斯1150千伏特高压交流输电线的工作还在继续运行，日本也准备在福岛核电站建成后，继续升压运行。

俄罗斯统一电力公司已计划重新启用1150千伏输电线路，计划于十年内，在国内重新架设特高压线路，总长度约为1480公里。

美国电力科学研究也表示“有一天美国将会借鉴中国的特高压技术，随着美国的经济发展和社会需求，特高压是美国的必然选择。

”因此，结合我国电力发展规划，将从“十五”到“十一五”期间实现全国联网、推动西电东送和南北互供，我国高压交、直流输电线路电压等级必将经历一个从500kV迈向更高电压等级750kV、1000kV等级的发展过程。

2. 国内发展概况国家“十一五”科学技术发展规划中明确指出，“十一五”科技工作要围绕经济社会发展的迫切需求开展，面向紧迫需求，攻克关键技术，搭建特高压交、直流输变电设备研发平台，为特高压工程建设提供基础数据和科学依据，成为国家“十一五”科学技术发展规划中的重点任务。

尽快掌握特高压输电和电网安全关键技术，提高电网输电容量、效率和安全运行水平。

组织实施建筑节能关键技术研究与示范、大功率风电机组研制与示范、±800千伏直流/1000千伏交流特高压输变电技术与装备等重大项目。

在世界范围内，随着电力工业飞速发展，电力负荷的急剧增长，大型能源基地的建设和输电规模的扩大，电力和电工行业技术水平的提高，推动了特高压输变电技术的发展。

我国一次能源与生产力分布不均衡的格局决定了西电东送、北煤南运的能源流向。

水能资源集中于西部和西南部地区，可开发容量占全国的82.9%；煤炭资源集中于华北和西北部地区，占全国的80%。

西部地区的经济总量占全国18%，电力消费占22%；中部和东部沿海地区经济总量占全国82%，电力消费占78%。

我国经济和社会的快速发展以及用电需求的迅速增长，使得电力供应和煤炭运输日趋紧张，电网的输电压力越来越大，实现电力资源在较大范围优化配置的任务十分紧迫。

当前电网建设面临的困难是：电力消费、装机成倍增长；500kV网络框架已相当密集，短路电流问题十分突出；站址、输电走廊越来越紧张；当前的联网方式、联网规模、输送能力都难以满足大电源集中开发实现远距离大容量输送的要求，更高一级电压输电技术的应用迫在眉睫。

因此，大力发展特高压输变电技术和设备（主要是750级以上）研制能力已成为当前国家电力发展建设的当务之急。

特高压直流输电工程的建设可以节省输电通道、减少占地，降低送电损耗，增加送电容量。

大力推进西电东送、南北互济，实现全国联网，建立国家级电力市场，实现更大范围的资源优化配置。

3. 市场需求分析以三峡输变电工程、西电东送为契机，“十五”期间直流输电工程在我国得到快速发展。

到2005年，直流输电工程已达到6项，线路总长度达到4800公里、输电容量达到1236万千瓦。

“十一五”期间国家计划将再建设4个直流输电工程。

到2020年，我国直流输电达到25项左右，直流输电总容量可能超过6000万千瓦。

在直流特高压工程建设方面，2009年，南方电网公司将建成云南-广东±800kV直流特高压输电工程。

2011年至2014年，国家电网公司将建成3回±800kV、640万千瓦特高压直流方案，其中一回送电华中，两回送电华东。

因此，从上述情况看，特高压直流输电任务需求市场前景广阔。

三、主要攻关内容及技术路线1. 攻关内容1.1 特高压直流电压作用下，绝缘特性、主绝缘结构的研究目前，我国电力工业已经进入大电网、高电压、高自动化的发展时期。

伴随着国家1000kV特高压交流输电网络和±800kV特高压直流输电线路的启动，相应网络运行电压下的变压器绝缘特性和绝缘结构研究也迫在眉睫。

用于直流输电的特高压换流变压器和以往生产的一般超高压交流变压器不同，其每相除一个超高压网侧绕组外，还有一个到两个全绝缘的特高压直流用阀绕组。

在额定工作状态下，换流变压器阀绕组端部与地之间以及阀绕组与网绕组之间的主绝缘上长期承受直流电压；当系统发生潮流反转时，阀绕组所承受的直流电压也同时发生极性反转。

换流变压器中长期持续受到的交直流叠加电场的作用以及以极性反转为代表的直流跃变电压的作用是换流变压器绝缘设计中应考虑的主要问题。

针对±800kV特高压换流变压器特性，我们计划开展如下几方面的工作：1.1.1 特高压换流变压器主绝缘结构所用绝缘纸板和成型绝缘角环在直流电压作用下和在极性反转电压作用下的绝缘特性模型试验。

1.1.2 通过模型试验数据分析，结合先进的各种电压情况下电场数值计算，设计研究出±800kV特高压换流变压器主绝缘结构。

1.2 直流运行中产生的陡波对±800kV换流变压器绕组纵绝缘的作用和影响的研究在±800kV换流变压器设计中，绕组绝缘结构的设计是其中最为关键的技术之一。

由于±800kV换流变压器阀侧绕组的绝缘水平提高，绝缘构设计的难度与±500kV换流变压器相比大大增加了。

阀侧绕组纵绝缘设计除了要考虑雷电冲击过电压、操作过电压提高的影响外，±800kV 直流输电系统在运行中产生的陡波过电压对换流变压器阀侧绕组纵绝缘的作用，更应引起我们的重视。

随着直流电压的升高，换流器串联数量增加，产生的陡波过电压也越高，对高压端和低压端换流变压器阀侧绕组纵绝缘的影响都很大。

过高的陡波电压会导致阀侧绕组纵绝缘击穿，导致换流变压器烧坏的恶性事故。

因此，为了保证±800kV直流系统中换流变压器绝缘结构的可靠性，须加强±800kV直流系统中陡波对换流变压器绕组纵绝缘影响的研究。

通过分析计算±800kV直流输电系统中换流变阀侧绕组陡波分布特性，和模拟试验研究，，研究提高换流变压器阀侧绕组耐受陡波过电压的措施，通过选择合理的线圈形式和绝缘结构，确保±800kV换流变压器的安全可靠性。

1.3 ±800kV换流变压器容量提升对漏磁分布、杂散损耗以及局部过热影响的研究由于换流变压器的漏磁分布路径非常复杂，且谐波电流和直流偏磁的影响，很容易在某些金属结构件上产生涡流损耗造成局部过热，从而影响产品的安全运行。

容量的提升，将对换流变内部结构产生影响，为此需要进行漏磁场计算研究，并根据研究结果采用合理的屏蔽结构和屏蔽范围，有效地降低杂散损耗，保证产品不出现局部过热现象。

1.4 研究±800kV换流变压器抗短路能力±800kV换流变压器属于超大容量变压器，在短路工况一变压器的绕组、夹件、压板、拉板、铁轭等部件所承受的电动力非常大，同时由于±800kV换流变压器的换位导线形式，线圈压紧结构的独特性。