印 鵬，周才洋，姚 雯

（中南電力設(shè)計院有限公司， 湖北　武漢 430071）

大型現(xiàn)場組裝式變壓器的應(yīng)用

印 鵬，周才洋，姚 雯

（中南電力設(shè)計院有限公司， 湖北武漢 430071）

通過對大型現(xiàn)場組裝式變壓器的結(jié)構(gòu)特點、安裝條件、技術(shù)經(jīng)濟、現(xiàn)場實驗及運行情況等幾個方面的分析比較，提出了大型現(xiàn)場組裝式變壓器適用于受運輸條件或占地面積受限的電廠或變電站的結(jié)論。

現(xiàn)場組裝式；變壓器；分解運輸。

為了解決運輸條件受限地區(qū)的大型變壓器的運輸問題，現(xiàn)場組裝式變壓器應(yīng)運而生，2007 年特變電工沈陽變壓器集團有限公司完成了中國首臺大型變壓器（型號：OSFPS-JT-370000/330）的解體運輸及現(xiàn)場組裝。隨著我國電力工業(yè)規(guī)模不斷擴大，大型現(xiàn)場組裝式變壓器取得了快速的發(fā)展。經(jīng)調(diào)研，目前國內(nèi)特變電工、西變和保變均具備500～1000 kV現(xiàn)場組裝式變壓器的工程應(yīng)用經(jīng)驗或成熟方案；常州東芝具備500～750 kV現(xiàn)場組裝式變壓器的工程應(yīng)用經(jīng)驗；重慶ABB具備500 kV現(xiàn)場組裝式變壓器的工程應(yīng)用經(jīng)驗。

1000kV特高壓自耦變壓器目前工程上尚無現(xiàn)場組裝式變壓器，但按照國網(wǎng)特高壓工程后期規(guī)劃，目前特變電工、西變和保變均已具有1000 kV、1000 MVA和1500 MVA現(xiàn)場組裝式變壓器的技術(shù)儲備，保變還完成了1000 kV、 1000 MVA現(xiàn)場組裝式變壓器的樣機研制，常州東芝也計劃完成1000 kV現(xiàn)場組裝式變壓器的樣機研制。國內(nèi)幾大變壓器生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)具備1000 MVA/500 kV大容量現(xiàn)場組裝式變壓器的生產(chǎn)能力或產(chǎn)品業(yè)績。隨著應(yīng)用的日益成熟，這種兼具運輸和三相一體式變壓器優(yōu)點的現(xiàn)場組裝式變壓器將更廣泛地應(yīng)用于受運輸條件或占地面積限制的電廠或變電站，解決交通運輸受限地區(qū)電力發(fā)展的需要。

1　組裝式變壓器的結(jié)構(gòu)特點

現(xiàn)場組裝式變壓器是為了解決大型變壓器的運輸問題而采用的一種結(jié)構(gòu)方式，其特點是在制造廠內(nèi)將通過全部試驗的合格變壓器本體分解為鐵芯、繞組器身、油箱（根據(jù)需要分解成2～4部分）等幾大部件，以便分別運輸。

1.1鐵芯

現(xiàn)場組裝式變壓器的鐵芯采用三相五柱可拆卸式結(jié)構(gòu)，鐵芯的三個圓形心柱可從中間對半分開，將鐵芯分解為4個獨立的“U”型鐵芯框，“U”型鐵芯框不鑲上鐵軛，配臨時上夾件。鐵芯的上夾件采用整體結(jié)構(gòu)，下夾件采用分框結(jié)構(gòu)。這種鐵芯的分框結(jié)構(gòu)正是現(xiàn)場組裝式變壓器與常規(guī)的三相一體變壓器的主要區(qū)別，鐵芯分框結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1　鐵芯分框結(jié)構(gòu)

1.2繞組和器身絕緣

全部繞組均采用半硬自粘換位銅導(dǎo)線繞制。高壓繞組為內(nèi)屏蔽連續(xù)式，低壓繞組為雙層U型螺旋式結(jié)構(gòu)。器身采用整體套裝結(jié)構(gòu)，器身絕緣結(jié)構(gòu)采用薄紙筒、小油隙結(jié)構(gòu)，根據(jù)程序計算，合理分配油道和油路的大小及流向，有效控制了油流帶電現(xiàn)象和死油區(qū)的產(chǎn)生；并按絕緣材料的特性對器身絕緣結(jié)構(gòu)進行合理布置，消除電場集中現(xiàn)象，控制最大電場強度，將局部放電降至最低。這部分的結(jié)構(gòu)與常規(guī)的三相一體變壓器相比并無太大區(qū)別。

1.3油箱及其他

油箱多采用箱式結(jié)構(gòu)，油箱內(nèi)壁采用銅屏蔽與磁屏蔽相結(jié)合的復(fù)合屏蔽形式，根據(jù)運輸需要可將油箱分為上、下兩節(jié)（沈變、保變通常采用此種型式）或上、中、下三節(jié)（西變、東芝通常采用此種型式）。

其他外部布置及結(jié)構(gòu)（包括套管、冷卻器、儲油柜等）現(xiàn)場組裝式變壓器與常規(guī)的三相一體變壓器幾乎完全相同。

2　組裝式變壓器的運輸

現(xiàn)場組裝式變壓器的運輸是將試驗的合格變壓器本體在制造廠內(nèi)合理地分解為幾個運輸單元，控制每個運輸單元的重量和尺寸以滿足正常鐵路或公路運輸，到達現(xiàn)場后再現(xiàn)場組裝成三相一體變壓器。這樣通過分解運輸能實現(xiàn)超大型變壓器的運輸，降低變壓器運輸費用，使受運輸條件或占地面積限制的電廠或變電站仍能采用三相一體的變壓器，減少了占地面積，實現(xiàn)總成本的降低。

2.1鐵芯的運輸

鐵芯是變壓器器身的主要部件，也是變壓器最重的部件，占變壓器總重40%左右，是大型變壓器重量超重，運輸困難的主要因素?，F(xiàn)場組裝式變壓器將三相五柱式的鐵芯，分解為4個獨立的鐵芯框，每個鐵芯框的重量將控制在100 t以內(nèi)。鐵芯框運輸時，需將鐵芯框在運輸箱間定位并固定好，對運輸箱進行抽真空，滿足要求后充干燥空氣運輸。當(dāng)鐵芯的高度超過限制高度時，待鐵心與運輸箱完成固定后，將運輸箱整體用300 t翻轉(zhuǎn)臺進行放倒后再進行運輸。

2.2繞組的運輸

每相繞組組裝成一個整體（包括絕緣件，上下鐵軛絕緣和外層圍屏），組裝好的繞組要用特制的運輸油箱來運輸。運輸時，采用工裝將繞組、絕緣件、上下鐵軛絕緣和外層圍屏壓緊，將繞組加固并可靠固定，對運輸箱進行抽真空，滿足要求后充干燥空氣運輸。

2.3油箱的運輸

根據(jù)變壓器油箱的分節(jié)形式（上、下兩節(jié)或上、中、下三節(jié)）制造各節(jié)油箱臨時箱蓋，將需要放入各節(jié)油箱中運輸?shù)慕^緣件、引線、整體上夾件等放入后，進行壓緊及固定，保證運輸中不會損傷變形后，各節(jié)油箱安裝箱蓋密封好。

對各節(jié)油箱進行抽真空，滿足要求后充干燥空氣運輸。

3　現(xiàn)場組裝

3.1流程

當(dāng)各個部件全部運抵現(xiàn)場，清點檢查確認(rèn)全部合格后，再進行變壓器的現(xiàn)場組裝。現(xiàn)場組裝變壓器需要在干燥的防塵工作間內(nèi)進行。先將下節(jié)油箱定位，然后進行鐵芯就位組裝、繞組器身套裝、組裝上鐵軛、聯(lián)接引線、油箱裝配，組裝好的變壓器經(jīng)過特殊的干燥處理后，可以與常規(guī)三相一體式變壓器一樣進行附件安裝、注油處理、現(xiàn)場驗收試驗。

相比于整體變壓器，完成一臺合格的現(xiàn)場組裝變壓器增加了搭建防塵工作間和變壓器現(xiàn)場內(nèi)部安裝兩個環(huán)節(jié)。其整體流程見圖2。

圖2　現(xiàn)場組裝式變壓器整體流程

組裝完成后的變壓器的外部布置結(jié)構(gòu)（包括套管、冷卻器、儲油柜等）與常規(guī)的三相一體變壓器完全相同；從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，兩者器身的整體結(jié)構(gòu)相同，器身上下定位及器身固定結(jié)構(gòu)相同；不同之處是組裝式變壓器鐵芯分成單獨的鐵芯框，現(xiàn)場進行拼裝，上夾件采用整體結(jié)構(gòu)，下夾件采用分框結(jié)構(gòu)，鐵芯框組合后整體強度與常規(guī)的三相一體變壓器相比無區(qū)別。

3.2條件

現(xiàn)場組裝式變壓器現(xiàn)場安裝需要搭建防塵工作間，其搭建方式一般有兩種；一是在變壓器基礎(chǔ)上就地搭建防塵工作間，變壓器安裝完成即就位；二是在其他區(qū)域搭建防塵工作間，在安裝完成后由運輸車將變壓器運到變壓器區(qū)域就位。采用第一種安裝方式，避免了變壓器的二次搬運，節(jié)省了時間和成本，在空間滿足防塵工作間搭建要求的情況下，一般采用此種安裝方式。

如果現(xiàn)場安裝兩臺或多臺變壓器，按照在變壓器基礎(chǔ)上就地搭建防塵工作間的方式，在場地滿足條件的情況下，只需將除塵工作間的長度延長即可，示意圖見圖3。

圖3　防塵工作間示意圖

變壓器在制造廠內(nèi)生產(chǎn)期間，即可開始進行現(xiàn)場防塵工作間的搭建。防塵工作間為模塊化設(shè)計，其尺寸大小需結(jié)合產(chǎn)品的吊高要求、最大吊裝重量等方面來考慮，其寬度主要由橋式吊車的跨度來決定。安裝75 t橋式吊車的廠房寬度約為13 m，安裝100 t橋式吊車的廠房寬度約為18 m，長度按實際產(chǎn)能可延長或縮短。

以某工程1000 MVA/500 kV現(xiàn)場組裝式變壓器為例：

組裝過程中最高部件為鐵芯：4.1 m；最大外形尺寸為中節(jié)油箱（帶箱蓋）：長×寬×高：12.36 m×4.88 m×3.85 m；最大吊裝重量54.3 t。

為滿足裝配時起吊需要，廠房內(nèi)配備75/20 t橋式吊車，吊車軌距12 m。為滿足吊高和吊裝尺寸的要求，防塵工作間尺寸為30.5 m ×14.0 m×17.5 m（長×寬×高），考慮組裝防塵工作間和公用系統(tǒng)機組占地等因素，臨時安裝場地的尺寸為46 m×18.4 m×19.5 m （長×寬×高）。

防塵工作間的搭建周期約為20～30 d，現(xiàn)場組裝式變壓器從安裝到實驗結(jié)束約需一個月，但防塵工作間的搭建可在變壓器進場之前搭建完成，比常規(guī)的三相一體式變壓器的安裝工期增加約30 d。

4　幾種型式變壓器的方案比較

以某工程為例，從技術(shù)性和經(jīng)濟性兩個方面對現(xiàn)場組裝式變壓器和三相一體式變壓器以及單相變壓器進行比較。

4.1技術(shù)比較

技術(shù)性比較主要從空載損耗、負(fù)載損耗、最大運輸重和占地面積等方面進行比較，見表1。

表1　不同型式變壓器的技術(shù)比較

通過比較可以看出：

采用現(xiàn)場組裝式變壓器的方案可以大幅減小運輸重量和運輸尺寸（但是油箱的運輸尺寸變化不大），空載損耗與負(fù)載損耗和常規(guī)三相一體式變壓器一樣，比單相變壓器組的損耗低4.3%，占地面積小，與常規(guī)三相一體式變壓器基本相當(dāng)。但是現(xiàn)場組裝式變壓器現(xiàn)場安裝環(huán)境要求高，需要由技術(shù)熟練的工作人員來完成，將增加現(xiàn)場安裝的工程量以及安裝時間（現(xiàn)場組裝時間約30 d），但安裝1臺現(xiàn)場組裝式變壓器的工期比安裝3臺單相變壓器組的工期縮短約30%。

采用三臺單相變壓器的方案，運輸重量較輕，技術(shù)成熟，可靠性高，現(xiàn)場檢修維護方便，但是三臺單相變壓器一字排開長約37 m，不僅占地面積大，而且對場地的布局有很大限制，還需要3個基礎(chǔ)和油池、3套低壓封閉母線、3套消防和防火墻等設(shè)施。

采用常規(guī)三相一體式變壓器方案，技術(shù)成熟可靠，安裝維護便利占地面積最小，但是運輸重量和運輸尺寸最大，運輸成本高，在運輸條件受限的區(qū)域很難實現(xiàn)。

4.2經(jīng)濟比較

經(jīng)濟性比較主要從制造成本、運輸費用、現(xiàn)場安裝費用等方面進行比較，見表2。

表2　不同型式變壓器的經(jīng)濟比較

從表2可以看出，對運輸條件受限的地區(qū)，相比于采用三臺單相變壓器的方案，現(xiàn)場組裝式變壓器在制造和運輸成本上具有明顯優(yōu)勢。雖然增加了現(xiàn)場安裝的費用，但是總成本仍然較低，而且，現(xiàn)場組裝式變壓器占地面積小，不僅能解決某些電廠或變電站場地面積受限制的問題，同時也節(jié)省了土建費用。

由于電廠建設(shè)一般都是兩臺機組同時建設(shè)，對于現(xiàn)場組裝式變壓器，2臺機組可以只設(shè)一個防塵工作間，現(xiàn)場組裝費也會大大降低，約為單臺機組的1.5倍。

5　現(xiàn)場試驗及運行情況

現(xiàn)場組裝式變壓器在制造廠已完成全套試驗項目的考核，包括耐壓試驗、沖擊試驗、溫升試驗等，現(xiàn)場組裝只是將鐵芯分框后運抵現(xiàn)場組裝，變壓器的電氣回路恢復(fù)連接，不涉及變壓器的絕緣裝配。因此，在組裝過程中經(jīng)過中間試驗，在組裝完成后經(jīng)過部分試驗項目，可保證產(chǎn)品質(zhì)量。由于沖擊試驗、溫升試驗等試驗項目不具備現(xiàn)場試驗的條件，且必要性不大，因此不建議進行這兩項試驗。最后，待現(xiàn)場交接驗收實驗通過后，即可交付使用。

一般情況下變壓器的出廠試驗項目，包括國家規(guī)程規(guī)定的所有出廠試驗項目以及由用戶和廠家共同協(xié)商確定的一些型式試驗項目和特殊試驗項目，交接試驗則是變壓器交付使用前的最后一道保障，以檢驗安裝后的變壓器質(zhì)量。交接試驗的項目和出廠試驗是相關(guān)聯(lián)的，幾乎現(xiàn)場有條件進行的出廠試驗， 交接試驗都進行。而現(xiàn)場組裝式變壓器的中間試驗、組裝完成后的試驗，可以看作是精簡的出廠試驗。

經(jīng)過對多個國內(nèi)知名變壓器廠（含合資廠）的調(diào)研及現(xiàn)場實際情況的了解，目前，多個工程項目的現(xiàn)場組裝式變壓器的運行情況良好，即使在地震和海嘯等惡劣的自然條件下，也能夠安全穩(wěn)定地工作，具備與常規(guī)的三相一體變壓器同等的產(chǎn)品性能和質(zhì)量。

6　結(jié)論

近年來，隨著火電機組朝著高參數(shù)、大容量、高效低污染的方向發(fā)展，大容量、高電壓的變壓器的研制和應(yīng)用也取得了突破性的發(fā)展，大型現(xiàn)場組裝式變壓器的出現(xiàn)不僅很好的解決了偏遠(yuǎn)山區(qū)等運輸條件受限區(qū)域的大型變壓器的運輸難題，而且在技術(shù)和經(jīng)濟上都具有一定的優(yōu)勢，將為偏遠(yuǎn)山區(qū)的電力建設(shè)帶來重要的社會、經(jīng)濟效益。

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［10］ GB/T 17468—2008 ， 電力變壓器選用導(dǎo)則［S］.

Application of the Advanced Site Assembly Large Transformer

YIN Peng，ZHOU Cai-yang，YAO Wen
（Central Southern China Electric Power Design Institute， Wuhan430071， China）

This article has analyzed the application of the advanced site assembly transformer in the power plant or transformer substation from the aspects， such as， structure features， installation conditions， technical and economic comparison， field experiment and operation. Put forward the conclusion that the advanced site assembly transformer is suitable for transportation or covers an area of restricted of power plant or transformer substation.

advanced site assembly； transformer； dissembling transportation； economic benefits.

TM4

B

1671-9913（2016）03-0067-05

2015-11-25

印鵬（1985- ），男，湖北仙桃人，碩士，工程師，主要從事發(fā)電廠電氣設(shè)計工作。