李建強(qiáng) 李遂甫 安 偉 楊錦洪 張永前 秦建立 張 娜 楊俊生

（大唐三門峽電力有限責(zé)任公司，河南 三門峽 472143）

作為百萬千瓦級超超臨界機(jī)組的主要輔助設(shè)備，主變壓器擔(dān)負(fù)著將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電力升壓送至電網(wǎng)的重要功能，主變壓器性能的優(yōu)劣將直接影響到機(jī)組的運(yùn)行水平。主變壓器按鐵芯和繞組結(jié)構(gòu)形式劃分有單相變壓器組和三相變壓器兩種型式。單相變壓器組由三臺單相變壓器組成，將三臺變壓器分別布置，油路完全分開，通過外部封閉母線實(shí)現(xiàn)變壓器的電氣連接，可排除三相短路的可能性，提高機(jī)組運(yùn)行可靠性［1，2］。三相變壓器設(shè)置一個油箱，用引線、管道將三相連成一體，共用一套油保護(hù)及冷卻系統(tǒng)。近年來，隨著1000MW機(jī)組的不斷投運(yùn)，大容量變壓器的選型問題表現(xiàn)的日益突出，選擇技術(shù)合理、經(jīng)濟(jì)優(yōu)越、安裝運(yùn)行維護(hù)方便的主變壓器勢在必行。本文針對本公司1000MW機(jī)組擴(kuò)建工程主變壓器選型的問題，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面進(jìn)行全面調(diào)研、論證及分析。

1 國內(nèi)外投運(yùn)1000MW機(jī)組主變壓器現(xiàn)狀

目前，1000MW等級機(jī)組的主變壓器無論單相變壓器還是三相變壓器均在工程中廣泛使用。早期1000MW機(jī)組選用單相變壓器較多，如浙江華能玉環(huán)電廠、山東華電鄒縣電廠、江蘇國電泰州電廠、浙江國電北侖電廠、浙江國華寧海電廠、天津國投津能北疆電廠、安徽華電蕪湖電廠等均使用單相變壓器。隨著百萬機(jī)組的不斷增多，變壓器三相組合一體變壓器的應(yīng)用也日漸成熟，如倉南電廠（保變生產(chǎn)）、海門電廠（西變生產(chǎn)）、南通電廠（沈變生產(chǎn)）、嘉興電廠（常州東芝生產(chǎn)）、漢川（常州東芝生產(chǎn)）、浙能嘉興電廠和句容電廠（常州東芝生產(chǎn)）等，變壓器容量為1140MVA或1170MVA。

常州東芝公司設(shè)計(jì)生產(chǎn)的分解運(yùn)輸現(xiàn)場組裝式（Advanced Site Assembly）三相共體變壓器，簡稱ASA變壓器，更是極大的推動了三相共體變壓器在電力系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于解決了變壓器本體運(yùn)輸難的問題。總之當(dāng)前不管是三相變壓器還是單相變壓器，均已是很成熟的產(chǎn)品，工程應(yīng)用不存在任何問題。

2 1000MW機(jī)組各種型式主變壓器技術(shù)指標(biāo)比較

2.1 可靠性

設(shè)備的可靠性是主變壓器選型首先考慮的問題。對于1000MW等級機(jī)組，國內(nèi)幾大變壓器廠（如：保定天威保變電氣股份有限公司、西安西電變壓器有限責(zé)任公司、常州東芝變壓器有限公司和特變電工衡陽變壓器有限公司）生產(chǎn)的主變壓器，無論是單相還是三相，均有較為成熟的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)。表1是國家電力監(jiān)管委員會和中國電力企業(yè)聯(lián)合會2011年聯(lián)合發(fā)布的近五年火電機(jī)組運(yùn)行可靠性指標(biāo)。

表1 900-1000MW級火電機(jī)組近五年的主要可靠性指標(biāo)

如表1所示：900-1000MW級火電機(jī)組等效可用系數(shù)為83.17-88.14%。因此，變壓器的可靠性滿足機(jī)組安全運(yùn)行的要求。

另外，從變壓器本體結(jié)構(gòu)來看，單相變壓器的結(jié)構(gòu)較三相變壓器簡單，其故障率應(yīng)低于三相變壓器，但單相變壓器組臺數(shù)是三相變壓器的三倍，因此，三臺單相變壓器的總故障率與單臺三相變壓器差別不大。

綜上所述，單相主變壓器和三相主變壓器的制造能力、運(yùn)行水平和使用業(yè)績均滿足機(jī)組安全運(yùn)行的要求。

2.2 運(yùn)行損耗

變壓器的空載損耗和負(fù)載損耗直接反應(yīng)變壓器運(yùn)行的有功功率損耗。本公司主變壓器額定容量為1180MVA，可采用一臺容量為1180MVA的三相變壓器或三臺容量為390MVA的單相變壓器，以特變電工衡陽變壓器有限公司為例，對三相一體變壓器和單相變壓器運(yùn)行損耗做了詳細(xì)對比。

表2 三相變壓器和單相變壓器組損耗對照表

由表2可知，三相變壓器的空載損耗和總損耗較單相變壓器組低?？蛰d損耗和負(fù)載損耗為變壓器的設(shè)計(jì)參數(shù)，生產(chǎn)廠家可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造。因此，單相變壓器組的總損耗在制造上完全可以做到與三相變壓器相同，但價(jià)格將有所增加。

表3 三相變壓器和單相變壓器組金屬材料消耗量對照表

2.3 金屬材料消耗

由表3可知：單相變壓器組耗用鋼材、硅鋼片和有色金屬量是三相變壓器的1.28～1.5倍，單相變壓器組耗油量是三相變壓器的約1.5倍。

2.4 布置

主變壓器型式的選擇不僅影響機(jī)組運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)也關(guān)系到主廠房A列前的設(shè)備布置。1000MW機(jī)組每臺設(shè)置1臺高壓廠用變壓器，主變壓器、高壓廠用變壓器布置在主廠房A列前［3，4］。

與三相變壓器比較，單相變壓器存在以下問題：

（1）2臺機(jī)組共有9臺變壓器（主變不設(shè)備用相），主廠房A列前設(shè)備布置較為擁擠。

（2）由于單相主變壓器之間的距離不滿足防火要求，需設(shè)置防火墻，對變壓器通風(fēng)散熱有影響。

（3）單相主變壓器低壓側(cè)采用封閉母線構(gòu)成△接線，造成主變壓器附近布置擁擠，封閉母線支撐構(gòu)架有所增加。

（4）單相主變壓器數(shù)量的增加，導(dǎo)致變壓器油池、消防設(shè)施的增加，影響循環(huán)水管等地下設(shè)施的布置。

2.5 技術(shù)比較結(jié)論

綜上所述，三相組合變壓器與單相變壓器的可靠性相當(dāng)，運(yùn)行損耗低，布置簡單，占地面積小，安裝工程量小，業(yè)績較單相變壓器稍微遜色，詳見表4。

3 1000MW機(jī)組各種型式主變壓器經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較

3.1 變壓器設(shè)備投資費(fèi)用

經(jīng)與廠家人員咨詢，得知2013年保變、西變、常州東芝和特變電工三相變壓器和單相變壓器報(bào)價(jià)（見表5）。

表5 三相變壓器和單相變壓器價(jià)格表

根據(jù)表5中變壓器價(jià)格，本期工程6臺單相主變壓器和2臺三相主變壓器的設(shè)備費(fèi)為：

6臺單相變壓器價(jià)格：1 020×6=6 120（萬元）

2臺三相變壓器價(jià)格：2 665×2=5 330（萬元）

單相主變壓器組的設(shè)備費(fèi)較三相主變壓器高6 120-5 330=790（萬元），即設(shè)備投資增加約15%。

3.2 變壓器建安費(fèi)

由表6可知：三相組合一體變壓器較單相變壓器節(jié)省67萬余元。

表6 主變壓器建安費(fèi)對照表

3.3 變壓器封閉母線設(shè)備費(fèi)

表7 變壓器封閉母線設(shè)備費(fèi)

由表7可知：三相組合一體變壓器較單相變壓器節(jié)省封閉母線設(shè)備費(fèi)用69萬余元。

3.4 經(jīng)濟(jì)比較結(jié)論

綜上所述，在同等容量下，三相組合一體變壓器較單相變壓器節(jié)省投資費(fèi)用1 000萬余元。

4 運(yùn)行維護(hù)比較

4.1 單相變壓器

在運(yùn)行維護(hù)方面，單相變壓器組存在以下問題：變壓器的數(shù)量較三相變壓器多，增加了變壓器、封閉母線和消防設(shè)施的運(yùn)行維護(hù)工作量；由于變壓器的數(shù)量較多，造成布置擁擠，設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)不方便；同時(shí)一臺機(jī)組單相變壓器冷卻風(fēng)機(jī)為9個，相對維護(hù)量較大。

4.2 三相變壓器

在運(yùn)行維護(hù)方面，三相變壓器的優(yōu)點(diǎn)是變壓器數(shù)量少，運(yùn)行維護(hù)簡單，工作量?。?，6］。

若采用三相組合變壓器，運(yùn)輸簡單，當(dāng)變壓器出現(xiàn)嚴(yán)重故障需要返廠檢修，較單相變壓器運(yùn)輸費(fèi)用低。一臺機(jī)組三相變壓器冷卻風(fēng)機(jī)為6-7個，相對維護(hù)量較小，在同樣一臺冷卻器退出運(yùn)行的情況下，三相組合一體變壓所帶的負(fù)荷較單相變壓器高出20%以上。

綜上所述，三相組合一體變壓器較單相變壓器維護(hù)簡單。

5 變壓器運(yùn)輸比較

1000MW級機(jī)組主變壓器的外形和重量較大，在變壓器選型時(shí)，不僅要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，還應(yīng)考慮運(yùn)輸條件和費(fèi)用，運(yùn)輸問題是制約大型變壓器選型的重要因素。

5.1 三相一體變壓器與單相變壓器運(yùn)輸比較

根據(jù)調(diào)研，對于滿足本工程1180MVA，500kV等級的大容量三相一體式變壓器，每臺三相變壓器的運(yùn)輸尺寸約為（13～14）m×（7～8.5）×7.5m（長×寬×高），運(yùn)輸重量約480～550t；每臺三相變壓器的外形尺寸約為16m×10m×12m，總重量約700t。如此大的尺寸和重量，對變壓器的制造和運(yùn)輸均是一個巨大的考驗(yàn)，對變壓器的制造問題，或可通過制造廠商的技術(shù)改造升級來解決；而變壓器的運(yùn)輸問題，由于涉及問題極廣，在目前情況下，受限較多。若采用單相變壓器組，每臺單相變壓器的容量在390MVA左右。根據(jù)對有關(guān)變壓器制造廠家的調(diào)查，每臺單相變壓器的運(yùn)輸尺寸約為（7～8）m×（4～5）m×（4～5.5）m（長×寬×高），運(yùn)輸重量約200～250噸；每臺單相變壓器的外形尺寸約為（8～11）m×（6～7）m，總重量約200～300t。顯而易見，三相一體變壓器運(yùn)輸存在較大的困難，而單相變壓器運(yùn)輸較為簡單。

5.2 三相組合變壓器（ASA）與單相變壓器運(yùn)輸比較

為了解決三相共體變壓器的運(yùn)輸不便和單相變壓器占地大、造價(jià)高的問題，國內(nèi)變壓器生產(chǎn)廠商研究出了組合三相變壓器（常州東芝稱ASA），此類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)思路（以特變電工為例）是變壓器除外部組部件（如套管、冷卻器、儲油柜、控制柜外部聯(lián)管、溫度計(jì)等）以及工裝、試驗(yàn)設(shè)備按正常產(chǎn)品包裝外，變壓器本體在廠內(nèi)進(jìn)行分解，根據(jù)運(yùn)輸重量和現(xiàn)場安裝要求，分多個專用運(yùn)輸箱，主要為：

上節(jié)油箱、引線及引線支架運(yùn)輸箱一個；下節(jié)油箱及上夾件運(yùn)輸箱一個；線圈組運(yùn)輸箱三個；鐵心框架（無上鐵軛）運(yùn)輸箱四個；上鐵軛運(yùn)輸箱兩個；組部件運(yùn)輸箱若干個。單件部件（含包裝物）的最大運(yùn)輸重不超過60t，為保證各部件的運(yùn)輸和存放要求，避免受潮，在運(yùn)輸箱內(nèi)充干燥空氣或氮?dú)猓⒈３终龎毫?。?dāng)所有部件運(yùn)至施工現(xiàn)場后，由變壓器廠家在現(xiàn)場專門搭建的防塵棚（廠家負(fù)責(zé)，長×寬×高約為36m×15m×18m)內(nèi)進(jìn)行組裝，現(xiàn)場性能驗(yàn)收交接試驗(yàn)由買方負(fù)責(zé)完成，賣方派人指導(dǎo)。由于現(xiàn)場組裝三相變壓器須在一定面積的空調(diào)間和凈化室內(nèi)進(jìn)行，并且要求降塵量小于0.20mg/m3和室內(nèi)溫度低于20℃，因此對空調(diào)室和凈化室的要求較高。由上可知，三相組合變壓器運(yùn)輸較為簡單，相比單相變壓器運(yùn)輸費(fèi)用低。

綜合上述比較，選用三相組合變壓器（ASA）運(yùn)輸簡單、費(fèi)用低。

6 關(guān)于三相組合變壓器（ASA）技術(shù)的論證

三相組合變壓器由于在現(xiàn)場組裝，變壓器的組裝質(zhì)量和工期可能受到許多不確定因素的制約。這就要求變壓器廠家人員注重細(xì)節(jié)，嚴(yán)格按照工序?qū)ψ儔浩鬟M(jìn)行組裝，組裝完畢后進(jìn)行試驗(yàn)。經(jīng)與廠家及國內(nèi)投運(yùn)百萬機(jī)組技術(shù)人員調(diào)研，三相組合變壓器無論在電氣參數(shù)上還是在占地面積上均與普通三相共體變壓器等同，現(xiàn)在國內(nèi)三相組合變壓器（1000MVA以上）特變電工已生產(chǎn)投運(yùn)11臺；常州東芝已投運(yùn)11余臺；西變和保變各投運(yùn)2臺；現(xiàn)在運(yùn)行情況均穩(wěn)定良好，由此可知三相組合變壓器（ASA）技術(shù)是成熟可靠的。

7 結(jié)論

綜上所述，三相組合變壓器（ASA）與單相變壓器可靠性相當(dāng)，技術(shù)成熟，運(yùn)行損耗低，布置簡單，占地面積小，安裝工程量小，降低投資費(fèi)用1000萬余元，且運(yùn)行維護(hù)簡單，運(yùn)輸簡單費(fèi)用低，值得推廣。

［1］董其國.電力變壓器故障與診斷［M］.北京：中國電力出版社，2005.

［2］［1］任曉紅，王偉，鄭健康，等.500kV變壓器套管典型故障及分析［J］.高電壓技術(shù)，2008（11）：2513-2516.

［3］DL/T5153-2002，火力發(fā)電廠廠用電技術(shù)規(guī)定［s］.

［4］國家電網(wǎng)公司運(yùn)維檢修部.變壓器類設(shè)備典型故障案例匯編（2006-2010年）［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［5］朱莉.絕緣套管結(jié)構(gòu)-變壓器［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［6］高春如.大型發(fā)電機(jī)組繼電保護(hù)整定計(jì)算與運(yùn)行技術(shù)［M］.北京：中國電力出版社，2005.