電力與電工制造雖是傳統工業，然而隨著新技術與新材料的應用，也會像一些新興工業那樣，出現具有質的飛躍的重大技術突破而使產品和技術更新換代以高電壓與絕緣技術領域為例，近40年來的技術進展就與材料科學的發展有密切關系如20世紀60年代中期問世的SF6氣體絕緣開關裝置（GIS）己得到廣泛應用，改變了變電所的設計與布置；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十年的碳化硅閥式避雷器，完全改變了避雷器的設計、制造與應用；60年代初發展起來的交聯聚乙烯電纜不僅己在配電等級取代了傳統的粘性浸漬油紙電纜，且己能在高電壓與超高電壓等級與充油電纜競爭；硅橡膠復合絕緣子的迅速發展和應用也大有取代傳統的瓷絕緣子的趨勢…。電力系統在近年來也取得一些突破性進展，如只有10余年歷史的柔性（靈活）交流輸電系統與近年來出現的可以省卻昂貴換流站的輕型高壓直流輸電技術，都是基于電力電子技術的發展才得以實現的近年來分布式發電的興起則與新能源應用的發展有很大的關系，太陽能光伏電池與燃料電池的制造技術的進步以及微型燃氣渦輪發電機組與新型風力發電機的研生導師。 制成功，都對分布式發電的迅速發展起了很大的促進作甩此外，基礎研究的突破也會使電工行業發生重大變化，例如近年來超導電力設備的研究開發成功，在很大程度上是得益于15年前高臨界溫度超導材料的發現需要指出的是，現今人們重視交叉學科研究對推動科技進步的重要作用，卻往往忽視將本門學科在某一產品上取得的成就應用于其他產品來實現技術突破為了闡明這一觀點，本文介紹ABB公司近年來成功地將電纜技術與發電機變壓器制造技術結合起來，用電纜繞組制造高壓發電機和新型干式變壓器，取得了技術上的突破這一技術創新具有很大的經濟效益，值得我國電工制造業借鑒2采用電纜繞組的高壓發電機提高發電機輸出電壓的優點是顯而易見的為米用常規發電機（發電機電壓一般<20kV）和高壓發電機時發電廠主接線的比較。由圖可見，使用高壓發電機時不需要升壓變壓器和額定電流很大的發電機斷路器，因而可使設備費用降低并減小電氣設備的占地面積，后者對土方開挖工程費用極為昂貴的水電站具有很大的經濟效益（對于的情況，使用高壓發電機時不需要開挖放置升壓變壓器的山洞和發電機廠房至變壓器的母線涵洞）此外，由于發電機定子電流減小，可以使定子繞組端部所受的機械力減小，也使定子繞組的銅損降低。 使用常規發電機（a）和高壓發電機（b）的主接線比較1-發電機；2-發電機斷路器；3-避雷器；4-升壓變壓器；5-線路斷路器在上一世紀有不少研究者曾致力于高壓發電機的研制，然而由于在研制品中采用的絕緣技術不易在產品中實現，因此在1998年以前商品發電機的工作電壓始終未突破30kV，這與當今輸電電壓己出現特高壓P1000kV）等級相比顯然是很不相稱的。1998年ABB公司開發出采用電纜繞組的高壓發電機并將其推向市場，采用的注冊商標名稱是Powerformer，顯然是將發電機（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電機第一臺機組（45kV，11MVA）于1998年春安裝在瑞典北部的一個水電站；第二臺（136kV，42MVA）于2000年安裝在位于首都斯德哥爾摩以西100km處的一個熱電聯產的火電廠3在發電機中采用電纜繞制定子繞組，實際上在半個多世紀前就有人研究過，但當時樣機電壓不超過36kV，并未形成產品由于現今有了性能良好的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困難，實現了電壓達輸電等級的高壓發電機。 ABB公司生產超高壓XLPE電纜的歷史并不久，1995年起開始生產400kV級，2000年開始生產500kV產品。1973年該公司生產123kV的XLPE電纜時設計場強僅6kV/mm，而今在525kV產品中設計場強己達15kV/mm根據ABB公司的測量數據進行外推，XLPE電纜在長期電壓作用下的擊穿場強相當接近50kV/mm（），因此該公司認為超高壓電纜的設計場強在不久的將來可以> /mm，即絕緣厚度還可進一步減小以ABB己制成的136kV高壓電機為例，所用XLPE電纜擊穿場強與施加電壓時間的關系（實線為測量值，虛線為外推值，0為測得的耐受值）的XLPE電纜繞組的設計場強為10kV/mmP，這是常規電機的繞組絕緣設計場強值3kV/mm的3倍多（常規電機采用矩形截面繞組，平面部分場強為3kV/mm時槽角處場強為-制成不需升壓變壓器的高壓發電機由于定子繞組中各匝對地電位并不相同，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；而在遠離轉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的XLPE電纜，但沒有外皮（外護層），即其最外層是電纜的外半導電層。由于外半導電層處于地電位，所以電纜繞組不會象傳統電機繞組那樣出現槽內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產品仍然是傳統的油浸式變壓器，即以礦物油為絕緣及冷卻介質，這不符合防火防爆的要求，而且油的滲漏也會造成對環境的污染，因此這種產品亟待以不燃或難燃的變壓器來取代。近年來隨著高壓電網進入城市的發展趨勢和城市高層建筑供電需要的長，對城市防災型變壓器的需要更感迫切由于不燃液體介質變壓器在技術上尚不成熟，難燃液體介質如有機液體介質目前在我國價格偏高因而應用也不多，所以城市防災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產品是環氧澆注絕緣變壓器，己在配電等級獲得廣泛應用。但環氧澆注變壓器散熱條件較差，過載能力較小；且抗短路沖擊力的性能不理想，易造成絕緣開裂這使制造高電壓大容量的環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際上也己有技術成熟的產品日本的東芝、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共同使用可實現整個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，比常規變壓器要復雜得多，迄今歐美一些發達國家并未推出這種產品。 ABB公司在開發高壓發電機的經驗基礎上，向市場推出采用XLPE電纜繞組的新型干式變壓器，并將此種產品的商標定名為Dryformer，顯然是由干式變壓器的英語詞組DryTransformer縮合而成的。首臺電纜繞組變壓器為20MVA，140 /6.6kV，己于1999年12月投運；第二臺為25MVA，78A1kV，于2000年5月投運由于繞組各部分對地電位不同，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風冷卻，而且在設計時使備用風扇量為100%，可以使變壓器在短時過載的情況下運行幾個小時。 由于電纜繞組的外半導電層處于地電位，因此變壓器繞組以外的部分不會象一般變壓器那樣出現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，因此不需要像常規變壓器那樣在繞組端部采取電場調整的措施來實現對縱絕緣的保護。 使用電纜繞組干式變壓器的另一重要優點是可以降低電網的線路損耗，取得明顯的經濟效益這一點可以從給出的一個實例看出由于常規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，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稱目前該公司己能制造電壓達145kV容量達150MVA的電纜繞組變壓器。可見這種變壓器有良好的應用前景4討論不管是在發電機中還是在變壓器中，均應使電纜繞組的外半導電層處于地電位，這樣可使電場全部限制在電纜絕緣內，以防止電纜繞組以外的部分發生局部放電為此必須使外半導電層的電阻率在一適當的范圍內，電阻率過高不能保證外半導電層處于地電位，電阻率過低則會在半導層中引起較大的損耗據報道，變壓器電纜繞組的外半導電層的電阻率約為40.cm.輸電電壓等級的無油變壓器是與GIS配套的急需產品，可以使整個變電所更符合環保的要求采使用常規干式變壓器（a）與新干式變壓器（b）時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特的優點，即可以減小快速瞬態過電壓（VFTO）對變壓器縱絕緣的威脅GIS中隔離開關操作會引起VFTO，由于這種過電壓波的前沿很陡（納秒級），常會使與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對變壓器縱絕緣的威脅這一國際上尚未完全解決的技術難題5結束語從學術上看，將電纜繞組用于發電機和變壓器似乎談不上有多大創新，然而從工業應用的觀點看，則此舉有很大的技術、經濟價值，可以認為是一項重要的技術創新建議我國電纜行業與發電機變壓器制造業共同合作，開展研究開發工作
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