Разработка и освоение трансформаторов на напряжение 1150 кВ - Особенности конструкции и технологии изготовления

Особенности конструкции и технологии изготовления трансформаторов ультравысокого напряжения

В дополнение к тому, что было, сказано выше, отметим некоторые особенности конструкции автотрансформаторов и генераторных трансформаторов 1150 кВ. В частности:
1) в конструкциях используются проверенные многолетним опытом эксплуатации трансформаторов 500, и 750 кВ маслоба-рьерная изоляция между обмотками и переплетенные обмотки;
2) изоляция между наружными обмотками 1150 кВ и от обмотки до бокового ярма и бака по конструктивному выполнению максимально приближена к изоляции между обмотками;
3) в концевой изоляции применяются угловые шайбы с большим радиусом закругления, изготовленные методом формования из электрокартона;
4) изоляция отвода и ввода 1150 кВ выполняется с помощью деталей сложной конфигурации, изготовленной методом литья из бумажной массы, на экране ввода наложена бумажная изоляция толщиной 10 мм, барьеры выполняются из электрокар тока, вместо ранее применявшихся бакелитовых цилиндров;
5) разработана схема переплетения витков з переплетенной обмотке 1150 кВ, обеспечивающая наименьшие импульсные воздействия между катушками в зоне линейного вывода;
6) применены специальные меры для повышения электродинамической стойкости внутренних обмоток, подвергающихся радиальному сжатию, например, в обмотке 500 кВ автотрансформатора применен подразделенный провод со склейкой элементарных проводников;
7) рейки, дистанцирующие барьеры, толщиной более 20 мм, выполняются коробчатыми;
8) в генераторном трансформаторе применена эффективная схема шунтирования потока рассеяния, апробированная на генераторных трансформаторах 220—750 кВ. Для производства трансформаторов 750 и 1150 кВ были реконструированы обмоточное и изоляционное производства, а также испытательная станция, создан специальный участок для изготовления деталей сложной конфигурации из электрокартона, при сборке предъявляются повышенные требования к чистоте.
На рис. 13   показан однофазный трансформатор 667 MB • А, 1150/500/ 20 кВ на испытательной станции завода.
3. Создание силовых трансформаторов сверхвысокого напряжения со сниженным уровнем изоляции
Снижение уровня изоляции является важным фактором повышения технико-экономических показателей трансформаторов. Эффективность снижения уровня изоляции зависит от многих факторов: класса напряжения, количества обмоток, параметров и расположения обмоток на магнитопроводе, стоимости материалов, потерь и пр.

Рис. 14. Зависимости общей массы трансформатора М от снижения уровня изоляции:
— автотрансформатор;
-- повышающий трансформатор.

Рис. 15. Зависимость общей массы трансформатора М от снижения уровня изоляции:
— автотрансформатор;
--повышающий трансформатор.
Для трансформаторов 330—750 кВ каждый процент снижения испытательных напряжений, благодаря сокращению изоляционных расстояний, позволяет уменьшить потери X. X. и полную массу трансформатора на 0,4-0,7%.
На рис. 14 представлены зависимости потерь в меди и стали от снижения уровня изоляции для трансформаторов классов напряжения 330, 500 и 750 кВ, а на рис. 15 — зависимость общей массы трансформатора от снижения уровня изоляции для трансформаторов тех же классов напряжения.
Представленные зависимости получены исходя из базовых уровней изоляции, приведенных в таблице. Расчеты приведены для ряда типовых конструкций трансформаторов:
1. Повышающие трансформаторы — трехфазные 400 MB-А, 330/500 кВ, однофазные 417 MB-А, 750 кВ.
2. Автотрансформаторы — трехфазные 240 MB-А, 330/150 кВ, однофазные - 330 MB • А, 750/330кВ,417 MB • А, 750/500 кВ.
Расчет снижения уровня изоляции производился для всех обмоток высокого напряжения. При этом принимались неизменными напряжения короткого замыкания, величина магнитной индукции и плотности тока в обмотках.
Для отечественной практики создания и развития электропередач ультравысокого напряжения проблема снижения уровня изоляции связана также с самой возможностью разработки этого электрооборудования.
Базой для снижения уровней изоляции силовых трансформаторов явились исследования длительной электрической прочности.
Исследования моделей масло-барьерной изоляции, отражающих в натуральную величину наиболее нагруженный масляный канал у обмотки при длительности воздействия напряжения до 1000 ч, показали, что, на базе статистических данных о повреждающих воздействиях, значение допустимой напряженности при рабочем напряжении может быть принято равным 0,8 одноминутной. Однако, с учетом процессов газообразования это значение для существующих материалов должно быть ограничено до 50 кВ/см. Это значение примерно в 1,5 раза превышает значение рабочих напряженностей в существующих конструкциях трансформаторов сверхвысокого напряжения.
На основе данных этих исследований были разработаны рекомендации по выбору изоляции трансформаторов на напряжение 500 кВ, размеры которой определяются, исходя из обеспечения ее надежной работы при длительном воздействии рабочего напряжения.
Один из существенных вопросов в этой проблеме — установление пределов эффективного снижения уровня изоляции, позволяющих реализовать разработку трансформаторов при предельных рабочих напряженностях.
На основе проведенных исследований электрической прочности главной масло-барьерной изоляции при грозовых и коммутационных импульсах и исследования импульсного распределения напряжения в обмотках было установлено, что отношение электрических прочностей изоляции в трансформаторе при воздействиях грозовых и коммутационных импульсов может находиться в пределах 0,8—1,0. Отсюда следовало, что проблема снижения уровня изоляции в силовых трансформаторах — это проблема снижения грозовых воздействий. При этом было выявлено, что существующий подход к координации изоляции при грозовых воздействиях достаточно консервативен и приводит к чрезмерным требованиям к импульсной прочности, по существу, препятствуя возможному уменьшению изоляционных расстояний.
В связи с этим, был развит новый подход, учитывающий вероятностный характер появления опасного для изоляции перенапряжения, отличие формы эксплуатационного воздействия от испытательного, влияние фазы рабочего напряжения на распределение импульсных перенапряжений и т. п. Это позволило обеспечить снижение интервала координации с 1,5 до 1,2.
Результаты этой работы обеспечили возможность проведения уникального эксперимента, не имеющего аналогов в мировой практике — создание трансформаторов 500 кВ, главная изоляция которых была выбрана, исходя из требований, ее надежной работы при воздействии рабочего напряжения. Основные характеристики трансформатора приведены в таблице 4. Полная масса трансформатора снижена на 30%, а потери — на 20 %.
При этом, для обеспечения выявления возможных технологических дефектов были разработаны, на основе специально проведенных исследований на моделях изоляции, рекомендации по ужесточению методики испытания трансформаторов и критериев отбраковки.
Эксплуатация трансформаторов опытно-промышленной группы сопровождалась систематической регистрацией перенапряжений, режимов работы и анализом состояния изоляции.
Многолетний положительный опыт эксплуатации группы этих трансформаторов на Волжской ГЭС и четырех групп трансформаторов на Волгоградской ГЭС открыл перспективу разработки серии промышленных трансформаторов 500 кВ со сниженным уровнем изоляции.
Разработаны и введены в эксплуатацию за последние годы на пяти подстанциях (Ташкентская, Ново-Донбасская, Чимкентская, Кустанайская, Армавирская) автотрансформаторы 167 MB-А, 500/220 кВ, основные характеристики которых даны в таблице 5, и три группы однофазных повышающих трансформаторов 210 MB-А, 500 кВ для Братской ГЭС.
В последующие годы на Московском электрозаводе разработаны промышленные серии автотрансформаторов 167 MB-А и 267 MB-А напряжением 500/220 кВ со сниженным на одну ступень уровнем изоляции без изменения каких-либо требований к системе защиты от перенапряжений, что особенно важно для эксплуатации при замене устаревших конструкций.
В настоящее время ОАО ХК «Электрозавод» (г. Москва) приступил к разработке и освоению трансформаторов нового поколения, в которых за счет применения новых материалов, конструктивных и технологических решений значительно повышается технический уровень трансформаторов: снижаются потери, повышается надежность, решается проблема отказа от капитальных ремонтов с подпрессовкой обмоток в течение всего срока службы трансформаторов.
В 2003 г. Первый трансформатор 500 кВ нового поколения типа ТДЦ-400000/500 будет поставлен на Бурейску. ГЭС.
Таблица 4.

Таблица 5

*В числителе — обмотка ВН, в знаменателе — обмотка СН.