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　　電力與電工制造雖是傳統(tǒng)工業(yè)，然而隨著新技術(shù)與新材料的應(yīng)用，也會(huì)像一些新興工業(yè)那樣，出現(xiàn)具有質(zhì)的飛躍的重大技術(shù)突破而使產(chǎn)品和技術(shù)更新?lián)Q代以高電壓與絕緣技術(shù)領(lǐng)域?yàn)槔�，�?0年來(lái)的技術(shù)進(jìn)展就與材料科學(xué)的發(fā)展有密切關(guān)系如20世紀(jì)60年代中期問(wèn)世的SF6氣體絕緣開(kāi)關(guān)裝置（GIS）己得到廣泛應(yīng)用，改變了變電所的設(shè)計(jì)與布置；70年代初才研制成功的金屬氧化物避雷器己取代使用了數(shù)十年的碳化硅閥式避雷器，完全改變了避雷器的設(shè)計(jì)、制造與應(yīng)用；60年代初發(fā)展起來(lái)的交聯(lián)聚乙烯電纜不僅己在配電等級(jí)取代了傳統(tǒng)的粘性浸漬油紙電纜，且己能在高電壓與超高電壓等級(jí)與充油電纜競(jìng)爭(zhēng)；硅橡膠復(fù)合絕緣子的迅速發(fā)展和應(yīng)用也大有取代傳統(tǒng)的瓷絕緣子的趨勢(shì)…。電力系統(tǒng)在近年來(lái)也取得一些突破性進(jìn)展，如只有10余年歷史的柔性（靈活）交流輸電系統(tǒng)與近年來(lái)出現(xiàn)的可以省卻昂貴換流站的輕型高壓直流輸電技術(shù)，都是基于電力電子技術(shù)的發(fā)展才得以實(shí)現(xiàn)的近年來(lái)分布式發(fā)電的興起則與新能源應(yīng)用的發(fā)展有很大的關(guān)系，太陽(yáng)能光伏電池與燃料電池的制造技術(shù)的進(jìn)步以及微型燃?xì)鉁u輪發(fā)電機(jī)組與新型風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研生導(dǎo)師。

　　制成功，都對(duì)分布式發(fā)電的迅速發(fā)展起了很大的促進(jìn)作甩此外，基礎(chǔ)研究的突破也會(huì)使電工行業(yè)發(fā)生重大變化，例如近年來(lái)超導(dǎo)電力設(shè)備的研究開(kāi)發(fā)成功，在很大程度上是得益于15年前高臨界溫度超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)需要指出的是，現(xiàn)今人們重視交叉學(xué)科研究對(duì)推動(dòng)科技進(jìn)步的重要作用，卻往往忽視將本門(mén)學(xué)科在某一產(chǎn)品上取得的成就應(yīng)用于其他產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破為了闡明這一觀點(diǎn)，本文介紹ABB公司近年來(lái)成功地將電纜技術(shù)與發(fā)電機(jī)變壓器制造技術(shù)結(jié)合起來(lái)，用電纜繞組制造高壓發(fā)電機(jī)和新型干式變壓器，取得了技術(shù)上的突破這一技術(shù)創(chuàng)新具有很大的經(jīng)濟(jì)效益，值得我國(guó)電工制造業(yè)借鑒2采用電纜繞組的高壓發(fā)電機(jī)提高發(fā)電機(jī)輸出電壓的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的為米用常規(guī)發(fā)電機(jī)（發(fā)電機(jī)電壓一般<20kV）和高壓發(fā)電機(jī)時(shí)發(fā)電廠主接線的比較。由圖可見(jiàn)，使用高壓發(fā)電機(jī)時(shí)不需要升壓變壓器和額定電流很大的發(fā)電機(jī)斷路器，因而可使設(shè)備費(fèi)用降低并減小電氣設(shè)備的占地面積，后者對(duì)土方開(kāi)挖工程費(fèi)用極為昂貴的水電站具有很大的經(jīng)濟(jì)效益（對(duì)于的情況，使用高壓發(fā)電機(jī)時(shí)不需要開(kāi)挖放置升壓變壓器的山洞和發(fā)電機(jī)廠房至變壓器的母線涵洞）此外，由于發(fā)電機(jī)定子電流減小，可以使定子繞組端部所受的機(jī)械力減小，也使定子繞組的銅損降低。

　　使用常規(guī)發(fā)電機(jī)（a）和高壓發(fā)電機(jī)（b）的主接線比較1-發(fā)電機(jī)；2-發(fā)電機(jī)斷路器；3-避雷器；4-升壓變壓器；5-線路斷路器在上一世紀(jì)有不少研究者曾致力于高壓發(fā)電機(jī)的研制，然而由于在研制品中采用的絕緣技術(shù)不易在產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)，因此在1998年以前商品發(fā)電機(jī)的工作電壓始終未突破30kV，這與當(dāng)今輸電電壓己出現(xiàn)特高壓P1000kV）等級(jí)相比顯然是很不相稱(chēng)的。1998年ABB公司開(kāi)發(fā)出采用電纜繞組的高壓發(fā)電機(jī)并將其推向市場(chǎng)，采用的注冊(cè)商標(biāo)名稱(chēng)是Powerformer，顯然是將發(fā)電機(jī)（PowerGenerator）與變壓器（Transformer）的英文名詞各取一半組成的，以表明其為兼有升壓變壓器功能的發(fā)電機(jī)第一臺(tái)機(jī)組（45kV，11MVA）于1998年春安裝在瑞典北部的一個(gè)水電站；第二臺(tái)（136kV，42MVA）于2000年安裝在位于首都斯德哥爾摩以西100km處的一個(gè)熱電聯(lián)產(chǎn)的火電廠3在發(fā)電機(jī)中采用電纜繞制定子繞組，實(shí)際上在半個(gè)多世紀(jì)前就有人研究過(guò)，但當(dāng)時(shí)樣機(jī)電壓不超過(guò)36kV，并未形成產(chǎn)品由于現(xiàn)今有了性能良好的XLPE電纜，既是完全的固體絕緣，而絕緣層又可以做得很薄，這就使ABB公司可解決以前難以克服的技術(shù)困難，實(shí)現(xiàn)了電壓達(dá)輸電等級(jí)的高壓發(fā)電機(jī)。

　　ABB公司生產(chǎn)超高壓XLPE電纜的歷史并不久，1995年起開(kāi)始生產(chǎn)400kV級(jí)，2000年開(kāi)始生產(chǎn)500kV產(chǎn)品。1973年該公司生產(chǎn)123kV的XLPE電纜時(shí)設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)僅6kV/mm，而今在525kV產(chǎn)品中設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)己達(dá)15kV/mm根據(jù)ABB公司的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行外推，XLPE電纜在長(zhǎng)期電壓作用下的擊穿場(chǎng)強(qiáng)相當(dāng)接近50kV/mm（），因此該公司認(rèn)為超高壓電纜的設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)在不久的將來(lái)可以> /mm，即絕緣厚度還可進(jìn)一步減小以ABB己制成的136kV高壓電機(jī)為例，所用XLPE電纜擊穿場(chǎng)強(qiáng)與施加電壓時(shí)間的關(guān)系（實(shí)線為測(cè)量值，虛線為外推值，0為測(cè)得的耐受值）的XLPE電纜繞組的設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)為10kV/mmP，這是常規(guī)電機(jī)的繞組絕緣設(shè)計(jì)場(chǎng)強(qiáng)值3kV/mm的3倍多（常規(guī)電機(jī)采用矩形截面繞組，平面部分場(chǎng)強(qiáng)為3kV/mm時(shí)槽角處場(chǎng)強(qiáng)為-制成不需升壓變壓器的高壓發(fā)電機(jī)由于定子繞組中各匝對(duì)地電位并不相同，所以ABB采用三種不同尺寸的電纜繞制定子繞組，即在靠近轉(zhuǎn)子處的定子鐵芯的圓形槽直徑較小，使用絕緣層較薄的電纜；而在遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子處的直徑較大的圓形槽中，使用絕緣層較厚的電纜用作定子繞組的電纜是常規(guī)的XLPE電纜，但沒(méi)有外皮（外護(hù)層），即其最外層是電纜的外半導(dǎo)電層。由于外半導(dǎo)電層處于地電位，所以電纜繞組不會(huì)象傳統(tǒng)電機(jī)繞組那樣出現(xiàn)槽內(nèi)氣隙的放電和繞組在出槽口的電暈放電。

　　3采用電纜繞組的干式變壓器目前變壓器的主導(dǎo)產(chǎn)品仍然是傳統(tǒng)的油浸式變壓器，即以礦物油為絕緣及冷卻介質(zhì)，這不符合防火防爆的要求，而且油的滲漏也會(huì)造成對(duì)環(huán)境的污染，因此這種產(chǎn)品亟待以不燃或難燃的變壓器來(lái)取代。近年來(lái)隨著高壓電網(wǎng)進(jìn)入城市的發(fā)展趨勢(shì)和城市高層建筑供電需要的長(zhǎng)，對(duì)城市防災(zāi)型變壓器的需要更感迫切由于不燃液體介質(zhì)變壓器在技術(shù)上尚不成熟，難燃液體介質(zhì)如有機(jī)液體介質(zhì)目前在我國(guó)價(jià)格偏高因而應(yīng)用也不多，所以城市防災(zāi)型變壓器主要是干式變壓器和SF>氣體絕緣變壓器迄今干式變壓器的主導(dǎo)產(chǎn)品是環(huán)氧澆注絕緣變壓器，己在配電等級(jí)獲得廣泛應(yīng)用。但環(huán)氧澆注變壓器散熱條件較差，過(guò)載能力較小；且抗短路沖擊力的性能不理想，易造成絕緣開(kāi)裂這使制造高電壓大容量的環(huán)氧澆注變壓器比較困難，一般這種變壓器的電壓《35kV，容量20MVASF氣體絕緣變壓器在國(guó)際上也己有技術(shù)成熟的產(chǎn)品日本的東芝、三菱和日立公司均己分別研制成功采用不同冷卻方式的275kV 100MVA的氣體絕緣變壓器，將其與GIS共同使用可實(shí)現(xiàn)整個(gè)變電所的全氣體絕緣化但SFo氣體絕緣變壓器的制造工藝，特別是大容量高壓變壓器的冷卻方式，比常規(guī)變壓器要復(fù)雜得多，迄今歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家并未推出這種產(chǎn)品。

　　ABB公司在開(kāi)發(fā)高壓發(fā)電機(jī)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，向市場(chǎng)推出采用XLPE電纜繞組的新型干式變壓器，并將此種產(chǎn)品的商標(biāo)定名為Dryformer，顯然是由干式變壓器的英語(yǔ)詞組DryTransformer縮合而成的。首臺(tái)電纜繞組變壓器為20MVA，140 /6.6kV，己于1999年12月投運(yùn)；第二臺(tái)為25MVA，78A1kV，于2000年5月投運(yùn)由于繞組各部分對(duì)地電位不同，所以電纜繞組是用幾種不同絕緣厚度的XLPE電纜繞制而成的。這種干式變壓器采用強(qiáng)風(fēng)冷卻，而且在設(shè)計(jì)時(shí)使備用風(fēng)扇量為100%，可以使變壓器在短時(shí)過(guò)載的情況下運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)。

　　由于電纜繞組的外半導(dǎo)電層處于地電位，因此變壓器繞組以外的部分不會(huì)象一般變壓器那樣出現(xiàn)局部放電和電暈放電此外，這種新型干式變壓器的匝絕緣具有與主絕緣相同的絕緣水平，因此不需要像常規(guī)變壓器那樣在繞組端部采取電場(chǎng)調(diào)整的措施來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)縱絕緣的保護(hù)。

　　使用電纜繞組干式變壓器的另一重要優(yōu)點(diǎn)是可以降低電網(wǎng)的線路損耗，取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益這一點(diǎn)可以從給出的一個(gè)實(shí)例看出由于常規(guī)干式變壓器的額定電壓低于69kV，所以必須在離用戶約5km處先用油浸變壓器將69kV降至24kV供電；采用新干式變壓器時(shí)，可以直接用69kV電纜供電給5km以外位于用戶旁的高壓干式變壓器，而使線路損耗每年可減少28<104kW.hABB稱(chēng)目前該公司己能制造電壓達(dá)145kV容量達(dá)150MVA的電纜繞組變壓器。可見(jiàn)這種變壓器有良好的應(yīng)用前景4討論不管是在發(fā)電機(jī)中還是在變壓器中，均應(yīng)使電纜繞組的外半導(dǎo)電層處于地電位，這樣可使電場(chǎng)全部限制在電纜絕緣內(nèi)，以防止電纜繞組以外的部分發(fā)生局部放電為此必須使外半導(dǎo)電層的電阻率在一適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，電阻率過(guò)高不能保證外半導(dǎo)電層處于地電位，電阻率過(guò)低則會(huì)在半導(dǎo)層中引起較大的損耗據(jù)報(bào)道，變壓器電纜繞組的外半導(dǎo)電層的電阻率約為40.cm.輸電電壓等級(jí)的無(wú)油變壓器是與GIS配套的急需產(chǎn)品，可以使整個(gè)變電所更符合環(huán)保的要求采使用常規(guī)干式變壓器（a）與新干式變壓器（b）時(shí)配電線路的比較用電纜繞組干式變壓器在這種情況下更有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，即可以減小快速瞬態(tài)過(guò)電壓（VFTO）對(duì)變壓器縱絕緣的威脅GIS中隔離開(kāi)關(guān)操作會(huì)引起VFTO，由于這種過(guò)電壓波的前沿很陡（納秒級(jí)），常會(huì)使與GIS相連的變壓器的縱絕緣損壞。由于電纜繞組的匝絕緣具有與主絕緣相同的絕緣水平，可望解決VFT0對(duì)變壓器縱絕緣的威脅這一國(guó)際上尚未完全解決的技術(shù)難題5結(jié)束語(yǔ)從學(xué)術(shù)上看，將電纜繞組用于發(fā)電機(jī)和變壓器似乎談不上有多大創(chuàng)新，然而從工業(yè)應(yīng)用的觀點(diǎn)看，則此舉有很大的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)價(jià)值，可以認(rèn)為是一項(xiàng)重要的技術(shù)創(chuàng)新建議我國(guó)電纜行業(yè)與發(fā)電機(jī)變壓器制造業(yè)共同合作，開(kāi)展研究開(kāi)發(fā)工作