直流高压隔离纯干式变压器：高电位分布式供能系统的核心革新 CNR219-275

项目背景

本文针对电力生产中的实际痛点，研发了直流高压隔离纯干式变压器：高电位分布式供，有效提升了作业效率与安全水平。直流输电系统中，地电位站用电系统与直流极线高电位设备之间存在巨大的电位差。高电位侧的半导体开关组件需要持续供能才能正常工作，但常规供能方式无法跨越这一电位鸿沟。

传统方案采用油浸式变压器或光供电方式，前者绝缘结构复杂、维护困难，后者功率有限、效率偏低。随着直流断路器在直流电网中的推广应用，高电位分布式供能需求日益迫切，亟需一种既能承受高直流电压隔离、又能高效传输能量的纯干式变压器。

为此，项目团队研制了直流高压隔离纯干式变压器，通过电磁耦合实现地电位与高电位之间的能量传输，同时确保高电位对地完全隔离。

存在问题

• 绝缘耐受能力不足。传统变压器难以长期隔离高等级直流电压，在操作冲击和雷电冲击下存在绝缘击穿风险。
• 局部放电难以消除。常规绝缘材料在直流电场下易产生局部放电，影响设备长期运行可靠性。
• 散热与阻燃性能矛盾。油浸式方案虽散热较好，但存在火灾隐患；普通干式方案阻燃性差，散热能力有限。
• 维护检修不便。传统变压器多为整体封装结构，故障后难以拆卸检修，运维成本高。
• 能量传输效率低。光供电等替代方案输出功率有限，无法满足高电位半导体开关组件的持续供能需求。

创新目标

研制一种可长期隔离高直流电压的纯干式变压器，具备耐受操作冲击和雷电冲击的绝缘能力，容量满足高电位设备供能需求，同时实现无局部放电、自阻燃、可拆卸，并在实际直流工程中验证其长期运行稳定性。

技术方案

该变压器采用专为直流环境设计的固体绝缘材料，通过电磁耦合方式将地电位站用电能量传输至高电位需能设备。一次侧接入地电位站用电系统，二次侧连接高电位侧的半导体开关组件，绕组间绝缘结构确保高电位对地完全隔离。

运行中，变压器长期承受直流电压隔离，同时具备耐受操作冲击及雷电冲击的绝缘能力。固体绝缘材料无局部放电现象，高导热性和良好散热性能保证设备在持续运行下的热稳定。自阻燃特性降低了火灾风险，可拆卸结构便于后期维护和检修。

创新亮点

• 高电压隔离能力：可长期隔离高等级直流电压，并耐受操作冲击及雷电冲击，绝缘性能达到国内外领先水平。
• 纯干式固体绝缘：采用直流环境专用固体绝缘材料，无局部放电，自阻燃，高导热，散热性能良好。
• 可拆卸结构：便于运维人员检修和维护，降低后期运维难度和成本。
• 工程验证充分：已在实验室充分验证，并在舟山工程中成功应用，支撑了舟山200kV直流断路器的工程实践。
• 长期运行稳定：自2016年底舟山工程投运以来，该变压器运行稳定，表现出色。

落地应用效果

该产品已在舟山工程中成功应用，支撑了舟山200kV直流断路器的工程实践。自2016年底投运以来，变压器运行稳定，未出现绝缘故障或局部放电问题，验证了其在真实直流工程环境下的长期可靠性。

作为目前世界上可隔离最高直流电压等级的纯干式变压器，该成果为高电位分布式供能提供了关键设备支撑，适用于所有需要外部能量的高电位运行的半导体开关组件及含有半导体开关组件的电力装备。

产出物：直流高压隔离纯干式变压器样机及配套绝缘结构设计方案。

适用场景：所有需要外部能量的高电位运行的半导体开关组件及含有半导体开关组件的电力装备。

常见问题

Q：该变压器可隔离的最高直流电压等级是多少？

A：可长期隔离高达500kV的直流电压，并具备耐受1175kV操作冲击及1425kV雷电冲击的绝缘能力。

Q：该产品是否已有实际工程应用？

A：已在舟山工程中成功应用，支撑了舟山200kV直流断路器的工程实践，自2016年底投运以来运行稳定。

Q：产业化转化有哪些合作方式？

A：已签订直流断路器成果转化合同的单位，收取60万元入门费，不再收取其他技术使用费；未签订合同的单位，需提供60万元入门费，并保证销售价格不低于双方协商确认产品价格的1.5倍，多出的50%税后利润按1:1比例分成。

数据来源：项目验收报告及现场应用统计，单位信息已脱敏处理。

本文由中广研创新整理。