張海峰

2008年11月26日，由我國(guó)自主設(shè)計(jì)、自主制造的首套交流500千伏變壓器有載調(diào)壓裝置在河北公司500千伏武邑變電站順利投入運(yùn)行。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足實(shí)際運(yùn)行要求。該裝置的投運(yùn)為國(guó)產(chǎn)交流500千伏變壓器有載調(diào)壓裝置在國(guó)內(nèi)的首次帶電正式運(yùn)行，標(biāo)志著我國(guó)在超高電壓等級(jí)有載調(diào)壓裝置設(shè)計(jì)制造及運(yùn)行方面取得了重大突破，填補(bǔ)了國(guó)產(chǎn)超高壓分接開(kāi)關(guān)應(yīng)用的“空白”。

據(jù)了解，“交流500千伏變壓器有載調(diào)壓裝置國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用研究”項(xiàng)目為國(guó)家電網(wǎng)公司2007年下達(dá)給河北公司的重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。該項(xiàng)目的實(shí)施，對(duì)于打破國(guó)外產(chǎn)品對(duì)超高壓變壓器有載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)核心技術(shù)的壟斷局面，提高超高壓電力設(shè)備自主創(chuàng)新和設(shè)備國(guó)產(chǎn)化水平具有非常積極的示范作用。河北公司高度重視該項(xiàng)目的研究實(shí)施，專(zhuān)門(mén)成立了攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，制定了詳細(xì)的項(xiàng)目實(shí)施方案，全程跟蹤設(shè)備的設(shè)計(jì)制造及裝配過(guò)程，嚴(yán)把試驗(yàn)驗(yàn)收和質(zhì)量關(guān)，并精心選取具體應(yīng)用工程，最終確保該裝置按期順利投入運(yùn)行。下一步，河北公司將密切關(guān)注該裝置的實(shí)際掛網(wǎng)運(yùn)行情況，分析比對(duì)與進(jìn)口同類(lèi)產(chǎn)品的性能差別，編制詳細(xì)的試驗(yàn)運(yùn)行報(bào)告，力爭(zhēng)早日通過(guò)國(guó)家電網(wǎng)公司組織的評(píng)審驗(yàn)收，并為該裝置在國(guó)內(nèi)的進(jìn)一步推廣應(yīng)用積累有益的經(jīng)驗(yàn)。

素材觀察

現(xiàn)代化的工業(yè)、企業(yè)廣泛地采用電力作為能源，而發(fā)電廠發(fā)出的電力往往需經(jīng)遠(yuǎn)距離傳輸才能到達(dá)用電地區(qū)。在傳輸?shù)墓β屎愣〞r(shí)，傳輸電壓越高，則所需的電流越低。因?yàn)殡妷航嫡扔陔娏?，線損正比于電流的平方，所以用較高的輸電電壓可以獲得較低的線路壓降和線路損耗，要制造電壓很高的發(fā)電機(jī)，目前技術(shù)很困難，所以要用專(zhuān)門(mén)的設(shè)備將發(fā)電機(jī)端的電壓升高以后再輸送出去，這種專(zhuān)門(mén)的設(shè)備就是變壓器。另一方面，在受電端又必須用降壓變壓器將高壓降低到配電系統(tǒng)的電壓，故要經(jīng)過(guò)一系列配電變壓器將高壓降低到合適的值以供使用。

變壓器是常見(jiàn)的電器設(shè)備，它在輸電過(guò)程中起到十分重要的作用。2008年初發(fā)生一場(chǎng)席卷中國(guó)南方的雪災(zāi)與冰凍，使得輸電線路不能承受巨大荷載，從而引發(fā)倒塔、斷線和電網(wǎng)事故。這次大面積停電事故已經(jīng)體現(xiàn)出部分地區(qū)500千伏電網(wǎng)出現(xiàn)輸送能力不足、輸電走廊緊缺等問(wèn)題，說(shuō)明僅靠現(xiàn)有500千伏超高壓輸電技術(shù)進(jìn)行電網(wǎng)建設(shè)，已無(wú)法滿足未來(lái)國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展和人民生活對(duì)電力增長(zhǎng)的需要。截止到目前已經(jīng)有少數(shù)地區(qū)利用1 000千伏的特高壓輸電。

原創(chuàng)試題

一、變壓器中的電壓、電流、匝數(shù)、功率關(guān)系

1. 如圖1所示電路中的變壓器為理想變壓器，S為單刀雙擲開(kāi)關(guān)，P是滑動(dòng)變阻器R的滑動(dòng)觸頭，U為加在原線圈兩端的交變電壓，I、I分別為原線圈和副線圈中的電流。下列說(shuō)法正確的是（）

A． 保持P的位置及U1不變，S由b切換到a，則R上消耗的功率減小

B． 保持P的位置及U1不變，S由a切換到b，則I2減小

C． 保持P的位置及U1不變，S由b切換到a，則I1增大

D． 保持U1不變，S接在b端，將P向上滑動(dòng)，則I1減小

二、變壓器中的動(dòng)態(tài)分析問(wèn)題

2. 如圖2所示，一理想變壓器原線圈接入一交流電源，副線圈干路上接燈泡L，電路中R2、R3和R4均為固定電阻，開(kāi)關(guān)S是閉合的，L正常發(fā)光，V1、V2為理想電壓表，讀數(shù)分別為U1和U2；A1、A2、A3為理想電流表，讀數(shù)分別為I1、I2和I3 ?，F(xiàn)斷開(kāi)S，U1的數(shù)值不變，下列推斷中正確的是（）

A． U2變小，I3變小，燈泡變亮

B． U2不變，I3變大，燈泡變暗

C． I1變小，I2變小，燈泡變暗

D． I1變大，I2變大，燈泡變亮

三、變壓器的原線圈的電路中接上負(fù)載

3. 如圖3所示，理想變壓器的原線圈與燈泡A串聯(lián)，加上交變電壓U1，副線圈兩端電壓為U2，接有兩個(gè)燈泡B、C。若A、B、C為三個(gè)完全相同的燈泡，且均正常發(fā)光，則：U1：U2為_(kāi)__________。

四、變壓器的副線圈的電路中接上電容、線圈

4. 如圖4所示，MN和PQ為處于同一水平面內(nèi)的兩根平行的光滑金屬導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的電阻不計(jì)。垂直兩導(dǎo)軌放置一根電阻不變的金屬棒ab，金屬棒與兩導(dǎo)軌接觸良好。N、Q端接理想變壓器的原線圈，變壓器的輸出端有三個(gè)副線圈，分別接電阻元件R、電感元件L（電阻不為零）和電容元件C。在水平金屬導(dǎo)軌之間加一豎直向下的磁感應(yīng)強(qiáng)度均勻增加的磁場(chǎng)，若用IR、IL、IC分別表示通過(guò)R、L和C的電流，不考慮電容器的瞬間充放電，則下列說(shuō)法正確的是（）

A． 若ab棒靜止，則IR=0、IL=0、IC=0

B． 若ab棒向左勻速運(yùn)動(dòng)，則IR≠0、IL≠0、IC≠0

C． 若ab棒向左勻加速運(yùn)動(dòng)，則IR≠0、IL≠0、IC=0

D． 若磁場(chǎng)為勻強(qiáng)磁場(chǎng)，ab棒以某一位置為平衡位置做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，則IR≠0、IL≠0、IC≠0

五、變壓器的實(shí)際應(yīng)用

5. 2008年1月10日開(kāi)始的低溫雨雪冰凍造成我國(guó)部分地區(qū)嚴(yán)重災(zāi)害，其中高壓輸電線因結(jié)冰而損毀嚴(yán)重。為了消除高壓輸電線上的冰凌，有人設(shè)計(jì)了這樣的融冰思路：利用電流的熱效應(yīng)除冰。若在正常供電時(shí)，高壓線路上輸電電壓為U，輸電電流為I，熱功率為ΔP；除冰時(shí)，輸電線上的熱功率需要變?yōu)?6ΔP，則除冰時(shí)（認(rèn)為輸送功率和輸電線電阻不變）（）

A． 輸電電流為4I B． 輸電電流為I

C． 輸電電壓為4UD． 輸電電壓為U

六、變壓器與遠(yuǎn)距離輸電

6. 葛洲壩水電站是中國(guó)最大的水電站。葛洲壩水電站設(shè)計(jì)裝機(jī)容量為271.5萬(wàn)kW，平均年發(fā)電量141億kW?h，年平均利用約5 190小時(shí)，1988年底全部建成并投入運(yùn)行。葛洲壩水電站的輸出功率為7.7×105 kW，輸出電壓為1.4×104 V，通過(guò)理想變壓器升壓后向1 000 km遠(yuǎn)處的上海供電。已知輸電導(dǎo)線的電阻率為ρ=1.2×10－9 Ω?m，導(dǎo)線橫截面積為1.5×10－4 m2，若輸電線路損失的功率為輸出功率的8%，求：

（1）升壓變壓器的輸出電壓。

（2）升壓變壓器原副線圈的匝數(shù)比。

（3）線路損失的電壓ΔU。

（4）若改為1 000 kV的特高壓輸電，線路損失的功率ΔP′、損失的電壓ΔU′。