±1100kV直流输电项目换流变压器的研究及质量管控

宋承志 邱剑锋

摘 要：本文通过±1100kV换流变压器的初期设计方案研究及该项目ABB公司的设计培训、生产过程的经验总结，分析产品在设计过程的结构难点和重要的关注要点，以实际的质量管控过程提炼有针对性的质量控制措施。

关键词：±1100kV；换流变压器；质量管控

一、项目简介

±1100kV特高壓直流输电技术是一个全新的电压等级，也是目前世界输电技术的最高点，新疆电网以750kV交流电压等级和西北电网联网，若实现交直流并行输电，网侧电压采用750kV，阀侧电压达到±1100kV。此产品依托国家电网公司准东送出±1100kV特高压直流输电工程开发研制。

±1100kV直流系统拟采用每极双十二脉动换流器“550kV+550kV”串联的接线方案，如图1所示。额定直流电流：4750A。考虑投入备用冷却设备后、在当地最高环境温度下，直流系统的最大电流达到5000A。主回路考虑直流系统双极运行方式，1100kV直流额定输送功率10450MW。

图1 “550kV+550kV”换流器接线方案

换流变压器电气接线与每个12 脉动阀组相连的有6台换流变压器，图1中的 “换流变HY” 和“换流变LY”各3台，换流变压器的阀侧绕组采用星形连接，“换流变HD” 和“换流变LD”各3台，阀侧绕组采用三角形连接。从高压端到低压端换流变压器阀侧绕组连接方式依次为星形接线-三角形接线-星形接线-三角形接线。

二、技术介绍

昌吉-古泉±1100项目（简称CG1100）是ABB公司与特变电工沈阳合作生产，全球首台±1100kV变压器将在今年完成研发及生产，项目输送容量为12GW，电压等级分布和绝缘水平较以往的±800kV项目有相应的提升，发送端变压器单机容量为607.5MVA与10GW项目（509.4MVA）相比有一个较大的提升；直流各级电压由±200、±400、±600、±800提升至±275、±550、±825、±1100，我公司与ABB合作生产高端（HVDC）±825、±1100产品，绝缘水平的提升决定产品主距和阀引线的结构上有了较大的调整。整体结构同10GW项目类似，产品器身采用两柱结构（两主柱两旁柱），有载开关内置，冷却方式为强油导向风冷（ODAF）。

（一）产品技术特点

1、节能、环保、高效。

目前，我国电力电压等级最高的直流输电项目为±800kV特高压直流输变电工程，但新疆能源基地距离中东部用电负荷中心超过2400公里，若采用±800kV特高压直流输电技术，电力外送损耗可能超过10%，因此，±1100kV直流输电技术，是我国实现远距离大容量输电的重大战略举措，更加节能、环保、高效。

2、传输容量大，建设成本降低。

±1100kV直流输电与±800kV直流输电、两个±500kV直流输电比较：

1）输送容量大幅提升。

2）占地面积小。

3）输电线路造价低，输电用电缆与±800kV相近，比±800kV总体输送容量高，比两个±500kV输电线路造价少一半。

（二）技术难点及解决方案

1、±1100kV换流变压器运输

由于电压等级和容量的双重提升，运输已经成为首要解决的大问题。经初步计算，，需考虑解体运输。这将会带来现场搭建临时厂房、设干燥炉、以及现场组装、现场试验等一系列问题。因此最终确定原材料组部件从ABB公司分散运输到沈变公司，在沈变公司完成线圈制作后，以运输桶方式运至新疆±1100kV厂房，进行后续绝缘、器身装配及总装配试验。

2、绝缘问题

绝缘问题存在两大难点。阀侧电压±1100kV换流变压器主绝缘结构和网侧电压750kV端部出线结构以及±1100 kV阀侧出线绝缘。

±1100kV换流变压器除了要经受住长期工作电压、短时感应试验电压（ACSD）、长时感应试验电压（ACLD）、长时交流外施耐压、操作冲击试验、雷电冲击试验等的考验外，还要经受直流两小时的直流耐压和近四小时的极性反转试验。线圈间和端部绝缘结构的可靠性设计非常关键，利用电场分析程序计算在各种绝缘试验情况下的各油隙、绝缘纸板及电极表面场强，我们将通过合理选择主、纵绝缘裕度，布置角环位置、数目及选择合适的角环圆角值来保证其绝缘可靠性，全面分析沿电力线各油隙的电场分布以及沿绝缘纸板的爬电强度，通过优化绝缘结构消除整个绝缘系统中的薄弱环节。

3、试验装备及能力

试验大厅的接地系统和屏蔽系统按照±1100 kV换流变压器的水平进行设计和建设，由于±1100 kV换流变压器阀侧电压较高，当时对试验系统在原有的基础上进行了全面的升级建设。其主要设备的相关技术参数全部是特变电工自行提出与制造厂家共同研制和制造的，这些设备的电压等级多为国内或世界同行电压等级最高的。进行±1100 kV换流变压器的试验，还需对试验大厅和试验系统进行全面的升级。

（三）行业技术水平

对于±800kV级换流变压器，世界范围内只有中国应用。已经运行的三条线路为中国南方电网公司的云广直流输电工程、中国国家电网公司的向上直流输电工程、锦屏直流输电工程，正在建设的中国南方电网公司的糯扎渡直流输电工程、中国国家电网公司的哈密直流输电工程、溪洛渡直流工程等。以上产品的国外生产厂家主要有德国Siemens、瑞典ABB，国内生产厂家有特变电工股份有限公司、西电西变、保定天威保变公司等。

而对于±1100kV级换流变压器无论是在国外还是在国内，都是第一次制造，缺乏成熟的经验。必须解决一系列关键问题：高电压绝缘及局放问题；750kV网侧中性点有载开关问题；试验技术等。还要考虑换流变压器的漏磁通、谐波及温升的控制；直流偏磁及噪声控制；抗短路性能和机械强度以及运输问题。对于以上问题，高电压绝缘以及运输问题尤其具有挑战性。特变电工将不遗余力地开发研制。

（四）质量管控措施

针对±1100kV换流变的难点及以往换流变的关键结构环节，专项编制质量计划，从工序开工先决条件检查、材料验收、关键工序检查、工序完工交检及完工小结，分别以停止点（H点）、现场见证点（W点）进行管控，绝不允许越点情况发生。在自检互检检查合格的情况下，交由专检检查，专检合格的产品首台±1100和±825产品再由ABB专家检查，最后对关键工序进行厂内鉴定。发现问题要做到事事有人负责、分析、整改、落实、跟踪，有效预防问题的重复发生，保证产品质量、保证一次试验合格。

1.在沈变操作检查记录的基础上，参照ABB的±1100kV换流变检查卡内容和图纸信息，形成各工序专项过程操作检查记录37份，在总工程师审批后下发执行。

2.编制专用检查用合格证（红色标签），在材料验收以及各工序检查结果的统一标识。

3.针对下发的昌吉项目ABB公司学习资料，对产品结构及相关注意事项进行培训、学习，分析对比与以往产品的不同，并针对不同及特殊要求有针对性检查准备。

4.昌吉-古泉项目所有检验人员均统一进行设计、工艺培训并通过考试，获得上岗资格证书。

5.硅钢片、钢板和电磁线三大主材，以专项检验标准要求进行验收和理化试验，对电磁线实现全过程的核电式监造管控，并动态调整质量计划中监造见证点，并将供方现场环境按线圈车间清洁度标准进行检查管控，每批每规格进行理化性能试验，保证电磁线生产过程质量可控；对钢板实行每批性能测试；对硅钢片实行供方生产现场取样理化性能试验，试验合格后发货等一系列措施。

三、结论

该项目将成为我国及世界特高壓直流电网建设的最高电压等级项目，将大力推动特高压直流项目的国产化进程，成为未来特高压直流输电工程用电力设备设计制造的领先水平。为国家实施“西电东送”、“南北互供”、“全国联网”、“疆电外送”能源优化配置战略提供国产装备保障。该项目的研究成果及±1100kV换流变压器成功开发将为建设全国性输电网络提供有力保障，实现更大范围的资源优化配置，极大地缓解中国目前的能源输送压力，保障国民经济持续、稳定发展。进一步提升国际竞争力，将为我国电网和装备制造业带来巨大的经济效益。

（作者单位：1.21068219850312501X；2.362502198512202651）