1. INTRODUCTION OF ULTRA-HIGH VOLTAGE (UHV) 1000 kV AC TRANSFORMER
Presented By
Zhijin Chen
TBEA Shenyang Transformer Group Co. Ltd. China 1

2. Structure of 1000kV AC Transformer
本变压器为单相自耦变压器，采用中性点变磁通调压，分为主体和调压补偿变两部分。主变和调压补偿变连接组合后可以作为一台完整的变压器使用，也可以将主变单独使用。其中主体采用单相五柱铁心，三心柱套线圈结构，高、中、低压线圈全部并联。主体油箱外设调压变压器，设置调压开关。
对于容量非常大的产品，如采用单柱套线圈的结构，则产品的高、宽尺寸、漏磁和绕组温升将很难控制。因此，产品设计时需采用两柱或三柱套线圈的结构以降低每柱容量，控制产品的运输尺寸、漏磁强度和绕组温升
对于中压线端为500kV的1000kV自耦变压器，在中压线端调压无论是从引线绝缘的可靠性,还是开关的选择上，都存在较大的困难。因此，采用中性点调压是一个综合起来较好的选择。但中性点调压存在低压电压随调压位置变化的问题，因此我们设置补偿线圈以控制由于中性点变磁通带来的低压电压波动。 2

3. 3

4. 1000kV/1000 MVA UHV AC Transformer
Parameters of
1000kV/1000 MVA UHV AC Transformer
Made by TBEA, China

5. 1) Rated Capacity
HV Winding： 1000 MVA
MV Winding： 1000 MVA
LV Winding： 334 MVA
2) Rated Voltage
HV Winding： 1050/√3kV
MV Winding： 525/ √3 ±4×1.25%kV
LV Winding： 110kV
3) Rated Frequency： 50Hz
4) Three-phase Connection Symbol：YNa0d11
5) Nominal Short-circuit Impedance (based on 1000MVA)：
HV－MV：18%
HV－LV： 62%
MV－LV： 40%

6. Main Transformer - OFAF Voltage-regulating Transformer - ONAN
6) Type of Cooling：
Main Transformer - OFAF
Voltage-regulating Transformer - ONAN
7) Temp. Rise Limit Value：
Winding： K
Top Oil： K
Hot-spot: K
Tank Surface：80K
Total weight of Main Transformer ：535 ton
Total weight of Voltage-regulating Transformer ：143 ton 6

7. 9) Internal Insulation Level：
Rated Short-time Power-frequency Withstand Voltage (r.m.s. value，5min）
Rated Switching Impulse Withstand Voltage（relative peak value）
Rated Lighting Impulse Withstand Voltage（peak value）
Full Wave
Chopped Wave HV
1100 kV
1800 kV
2250 kV
2400 kV
Rated Short-time Power-frequency Withstand Voltage（r.m.s. value，1min）
Rated Switching Impulse Withstand Voltage (relative peak value)
Rated Lighting Impulse Withstand Voltage (peak value)
Full Wave
Chopped Wave MV
630 kV
1175 kV
1550 kV
1675kV
Neut.
140 kV /
325 kV
LV (Tert.)
275kV
650 kV
750 kV

8. 1000kV/1000 MVA UHV AC Transformer
Technical Applied on
Design and Production of
1000kV/1000 MVA UHV AC Transformer
1000kV交流特高压工程的主变压器是容量为1000MVA、电压等级为1000kV的特高压、特大容量的产品，产品的意义和影响十分巨大。其冲击过电压和工频过电压的耐受能力是产品设计研发的重中之重。纵绝缘的研究主要对产品线圈的冲击电位分布进行，计算、分析和论证。并根据计算调整线圈结构，加强线圈局部绝缘，包括对匝间绝缘、段间绝缘强度、线圈端部冲击爬电强度、主绝缘及端绝缘等绝缘结构的强度分析计算，及低压侧线圈传递过电压的计算校核。保证其冲击安全裕度，提高纵绝缘结构的安全可靠性

9. -- Longitudinal Insulation -- 1000kV Leads
-- Main Insulation
-- Longitudinal Insulation
kV Leads
-- Magnetic Leakage & Losses
-- Winding Temp. Rise
-- Short-circuit Withstand Capability
-- Strength of Tank Transportation
-- Seismic Strength
1000kV交流特高压工程的主变压器是容量为1000MVA、电压等级为1000kV的特高压、特大容量的产品，产品的意义和影响十分巨大。其冲击过电压和工频过电压的耐受能力是产品设计研发的重中之重。纵绝缘的研究主要对产品线圈的冲击电位分布进行，计算、分析和论证。并根据计算调整线圈结构，加强线圈局部绝缘，包括对匝间绝缘、段间绝缘强度、线圈端部冲击爬电强度、主绝缘及端绝缘等绝缘结构的强度分析计算，及低压侧线圈传递过电压的计算校核。保证其冲击安全裕度，提高纵绝缘结构的安全可靠性

10. Key Technical Characteristic Studies
——Longitudinal Insulation
1000kV交流特高压工程的主变压器是容量为1000MVA、电压等级为1000kV的特高压、特大容量的产品，产品的意义和影响十分巨大。其冲击过电压和工频过电压的耐受能力是产品设计研发的重中之重。纵绝缘的研究主要对产品线圈的冲击电位分布进行，计算、分析和论证。并根据计算调整线圈结构，加强线圈局部绝缘，包括对匝间绝缘、段间绝缘强度、线圈端部冲击爬电强度、主绝缘及端绝缘等绝缘结构的强度分析计算，及低压侧线圈传递过电压的计算校核。保证其冲击安全裕度，提高纵绝缘结构的安全可靠性 10

11. 11

12. 12

13. Electric field intensity distribution at the end between LV and HV windings
Electric field intensity distribution at the middle part between LV and HV windings 13

14. 随着电压等级的提高，产品试验电压特别是工频试验电压与工作电压的倍数在不断降低。对于特高压变压器要特别注意考核产品在长期运行电压下的绝缘稳定性。为了达到这一目的，确定特高压变压器的1000kV线端的工频试验电压为1100kV(5min)。在长时感应耐压（ACLD）中进行考核，并监视局部放电。
Electric field intensity distribution of main insulation calculation by utilizing ANSOFT at the end between LV and HV windings
Electric field intensity distribution of main insulation calculation by utilizing ANSOFT at the middle part between LV and HV windings. 14

15. Key Technical Characteristic Studies
——1000 kV Leads
1000kV自耦变压器的高、中压柱间连线及1000kV引出线是设计的难点和关键之一 15

16. —Magnetic Leakage & Losses
大容量电力变压器的主要问题之一是漏磁引起的涡流损耗和过热问题。变压器的容量越大，漏磁场就越强，从而使稳态漏磁场引起的各种附加损耗增加，效率降低。如设计不当，还将造成变压器局部过热，使变压器热性能变坏，最终导致绝缘材料的热老化变压器油的裂解与击穿等严重问题，严重影响到变压器运行的可靠性和寿命。因此在变压器设计时，对变压器内的漏磁分布进行准确的计算，通过适当地调整或改进结构，达到减少损耗及损耗集中的目的，对于提高变压器的可靠性及性能指标具有重要的意义。
5 Limb Core with 3 Parallel Wound Legs Required Stringent Quality Control to Prevent Circulating Current Losses 16

17. Key Technical Characteristic Studies
——Winding Temp. Rise
对1000kV变压器，其端部绝缘水平达到了500kV级左右，端部绝缘、油流沿面长度都有所增加。油流带电问题势必更为突出，这对高压端部高场强区域相当危险的。基于上述考虑，目前设计的1000kV变压器高压线圈采用了强油不导向的绝缘结构。在油流进入器身前进行分流，显著降低器身内的油流速度，从而根本上避免油流带电问题，充分保证产品的安全运行。 17

18. Key Technical Characteristic Studies
——Short-circuit Withstand Capability
对于特高压电力变压器来说，由电磁力所引起的绕组中的机械应力非常巨大，同时，由于绕组的直径变大而使其刚度的降低，要求变压器制造厂对大量的全尺寸模型及特高压变压器产品进行了试验研究及理论分析，总结出经验及方法，编制计算软件，对于短路过程中的短路电流、绕组中的应力、绕组中的温度以及绕组的机械强度给予精确的计算，以保证变压器在短路过程中的安全性。
TV winding radial and axial leakage flux distribution
Axial forces on a disc of a winding during short circuit 18

19. ——Strength of Tank Transportation
由于超大容量的交流特高压变压器的电压高、容量大，使得其运输外限尺寸大、运输重量大，所以，要对其运输问题要特殊关注 。
Enlarged diagram of tank stress under transportation condition
Diagram of tank metamorphose under transportation condition 19

20. Diagram of stress distribution under earthquake situation
——Seismic Strength
1000kV套管的长度和安装高度均较常规产品大很多，其耐地震能力是变压器整体抗震能力的薄弱点，需要进行详细的核算。
Diagram of transformer bushing displacement response during earthquake….long bushing needed special analysis
Diagram of stress distribution under earthquake situation 20

21. 1000kV/1000 MVA UHV AC Transformer
Some Testing Results on
The Product of
1000kV/1000 MVA UHV AC Transformer
1000kV交流特高压工程的主变压器是容量为1000MVA、电压等级为1000kV的特高压、特大容量的产品，产品的意义和影响十分巨大。其冲击过电压和工频过电压的耐受能力是产品设计研发的重中之重。纵绝缘的研究主要对产品线圈的冲击电位分布进行，计算、分析和论证。并根据计算调整线圈结构，加强线圈局部绝缘，包括对匝间绝缘、段间绝缘强度、线圈端部冲击爬电强度、主绝缘及端绝缘等绝缘结构的强度分析计算，及低压侧线圈传递过电压的计算校核。保证其冲击安全裕度，提高纵绝缘结构的安全可靠性 21

22. HV Partial Discharge Level ≤100pc 25pc MV Partial Discharge Level
Required Value
Product Trail Value
HV Partial Discharge Level
≤100pc
25pc
MV Partial Discharge Level
≤200pc
60pc
LV Partial Discharge Level
≤300pc
20pc

23. Required Value
Product Actual Value
Top Oil Temp. Rise
55K
25K
HV Winding Temp. Rise
65K
45K
MV Winding Temp. Rise
53K
LV Winding Temp. Rise
49K
Tank Hot Spot Temp. Rise
80K
40K
No-load Audible Sound
75dB(A)
74dB(A)
Load Audible Sound

24. Guarantee Final Test Total losses tested Load loss, kW 1580 1477.7
No load loss, kW 24

25. The construction of China’s first 1000kV
UHV transmission project was completed successfully in 2008, and passed 168-hour full load energized performance test in January 2009.
2005年～2008年，中国首条1000kV交流特高压输电工程建设成功，顺利通过各种验收试验。并于2009年1月顺利通过满负荷168小时带电运行试验

26. TBEA Shenyang Transformer Group Co., Ltd.
Thank You!