1140 MVA三相一体主变选型及运行实践

杨军宝，陈戌生，张为义，王昌文(.皖能铜陵发电有限公司，安徽 铜陵 440，. 中国电力建设工程咨询公司，上海 0037)



1140 MVA三相一体主变选型及运行实践

杨军宝1，陈戌生2，张为义1，王昌文1
(1.皖能铜陵发电有限公司，安徽 铜陵 244012，2. 中国电力建设工程咨询公司，上海 200137)

摘要：铜陵发电厂六期#5机组是安徽省首台单机容量为1000MW的超超临界发电机组，通过主变压器升压至500kV接入华东电网，该主变压器为三相一体变压器，在百万机组选型中尚属首次采用。三相一体变压器在制造、布置、运行中具有明显的优势，提高了供电的经济性及可靠性。但该变压器在运行初期也碰到了低压侧升高座温度高的问题，经多方分析处理，最终在检修中解决了温度高的问题，目前变压器运行状况良好。

关键词：发电厂；变压器；三相一体；可靠性。

随着大机组、超高压电网的形成，百万机组主变的选型是一项非常重要的工作，主变压器的型式对电厂的初投资、安装工作量、运行费用、检修维护工作周期等都有直接的关系。主变压器有三台单相变(容量3×380 MVA)一台三相变(容量1140 MVA)或两台半容量三相变(容量2×570 MVA)等多种方式可供选择，本文根据国内近年来各大型发电厂的主变选型经验并依据皖能铜陵电厂工程的实际情况对主变选型进行优化论证，并对运行中遇到的问题提出可行的解决方案。

1　工程简介

铜陵发电厂六期#5机组是安徽省首台单机容量1000 MW的超超临界发电机组，六期#5机组采用发电机-变压器-线路组接线接入500 kV官山变电站。主变压器采用三相一体主变压器，为全国百万机组中首次采用。在铜陵发电厂之前在建或投运的1000 MW机组工程，均采用单相变，有的工程主变还是进口设备，有的还设置了备用相。在铜陵发电厂六期工程中由于皖能集团和铜陵发电厂的大力支持，并在以设计单位为龙头的总承包体制下，突破了这一技术创新。在全国1000 MW机组上首次采用了三相一体主变，为国家节省了大量资金，并提高了工程质量及运行可靠性。在铜陵工程之后国内的1000 MW机组，只要在运输上无问题，就基本都采用三相一体主变，实现了与国际接轨。铜陵三相一体主变压器在制造、布置、运行中具有明显的优势。但是运行初期亦碰到了温度高的问题，后期在机组检修过程中得到了有效的处理。

2　技术比较

按火力发电厂设计技术规程(DL 5000 -2000)要求：对于600 MW及以上发电机组主变压器的选择应综合考虑运输和制造条件，经技术经济比较后，可采用单相或三相变压器。

主变压器在技术上的比较，主要考虑以下因素：运输条件的限制、制造的可能性、布置安装的可行性、低压侧封闭母线的布置及长度等。

从运输条件的限制方面看，铜陵发电厂厂址西距长江约1.5 km，位于安徽省铜陵市西南方向约7.5 km的横港工业区，水运、陆路条件良好。厂址对外公路交通十分方便，运输条件较好。因此三台单相变(容量3×380 MVA)，两台半容量三相变(容量2×570 MVA)或一台三相变(容量1140 MVA)均可满足运输要求。国内几家大变压器厂的三相百万主变生产及运输情况如下。

2.1常州东芝

可生产1140 MVA/500 kV三相一体变压器，在国外已有百万主变业绩。且能提供承受短路能力的计算书，并经受了国外验证机构的短路强度试验。常州东芝至电厂的运输方案如下：

(1)运输数据

主体运输重量： 约500 t×1台(充空气)

主体运输装车尺寸：

长×宽×高= 13.4×7.2×7.5 m

(2)运输路线

常州东芝公路短驳，平板车 → 常州东芝重型码头，重型吊机 → 起吊上船，1000T驳船 →京杭大运河 → 长江→ 铜陵电厂码头，浮吊上岸→ 平板车短驳至安装现场，上基础。

2.2保定天威保变电气股份有限公司

该公司的三相变压器有国家变压器质量监督检验中心的短路承受能力试验合格证号。设备至现场也可以采用水路陆路联合运输，保定天威保变电气股份有限公司至电厂的运输方案如下：

(1)运输数据

主体运输重量： 约457.0 t×1台(充氮)

主体运输装车尺寸：

长×宽×高= 12.5×4.1×5.0 m

(2)运输路线

变压器主体由天威秦皇岛出海口生产基地经哈动力码头上船海运，货轮抵达上海港后转长江驳船，经过长江内陆水运抵达铜陵码头卸船，经铜陵码头转公路运输抵达电厂施工现场。

2.3西安西电变压器有限责任公司

该公司的三相变压器有国家变压器质量监督检验中心的短路承受能力试验合格证号。设备至现场采用全高速公路运输，西安西电变压器有限责任公司至电厂的运输方案如下：

(1)运输数据

主体运输重量： 约396 t×1台(充氮)

主体运输装车尺寸：

长×宽×高= 10.35×4.01×4.771 m

(2)运输路线

西安→潼关(连霍高速)→洛阳(连霍高速)→平顶山(南洛高速)→漯河(南洛高速)→蚌埠(南洛高速)→合肥(徐合高速)→铜陵(合铜高速)→铜陵电厂

从制造的可能性看，三台单相变(容量3×380 MVA)作为主变压器方案已在国内1000 MW机组中成功实施，具有成功经验，国内能够自行生产，无需进口。两台半容量三相变(容量2×570 MVA)作为主变压器方案，变压器完全可以国内自行生产，但作为主变压器方案国内目前尚无成功应用经验，两台半容量三相变如果在制造上万一发生有阻抗误差，即一台主变发生正误差，另一台主变发生负误差，则在两台主变中将产生环流，这也是其可能产生的缺点。一台三相变(容量1140 MVA)容量偏大，但国内几大变压器厂对生产1000 MW机组用的1140 MVA三相主变已具备相应的工艺制造能力，有的厂已全套引进国外的制造技术，并已为三峡工程生产过配750 MW机组的840 MWA三相主变，并已经投入运行多年，因此已具备了制造1000 MW机组三相主变的技术基础，积累了一定的经验。但是由于没有工程订货因此尚无业绩。常州东芝，西变，保变百万三相一体主变的制造运输情况比较见表1。

表1　运输方案

从表1中可知保变运输方案最为可行，厂内起吊设施及600t气垫运输车等都具备较好运输条件；常州东芝的重型码头还需扩建，厂内行车起吊重量也不够，需要做一些设备改进方可生产百万主变，但是东芝在国外已有百万主变业绩，以及相应的实验报告，在制造技术上是有保证的；西变公路运输需对收费站的超宽车道拓宽或拆移收费亭，个别路段还需要修缮。

从布置安装的角度看，三台单相变(容量3×380 MVA)作为主变压器方案占地面积大，高压侧出线困难(变压器占地面积大概40.6 m×10 m)，虽然在主厂房A排外可以布置下，高压侧出线也可以实现，在国内1000 MW机组中成功实施，具有成功经验，但是主变低压侧和中性点接线复杂，低压侧需要使用封闭母线实现Δ连接，高压侧中性点也需要使用外部管形母线星接，在发电机-变压器回路中增加了故障点，对于机组可靠运行带来一定的风险。两台半容量三相变(容量2×570 MVA)作为主变压器方案，由于高压侧出线需做汇流母线使A排外布置紧张，同时500 kV出线复杂，增加了事故几率。并且两台半容量三相变(容量2×570 MVA)作为主变压器方案在国内1000 MW机组中目前尚无成功应用经验。一台三相变(容量1140 MVA)作为主变压器方案在布置上明显优于前两种方案，高低压侧引出线也很容易，在制造和运输可行的前提下，采用三相一体主变是最为可靠和经济的方案。

从变压器低压侧封闭母线的布置及长度的角度看，采用三台单相变(容量3×380 MVA)作为主变压器方案由于变压器低压侧需要采用封闭母线连接，因此封母长度较后两种方案多。主变的土方量和设备运行维护成本均高于三相一体变压器方案。

3　经济比较

对三种变压器布置方案的经济比较见表2(年运行小时数按5000 h考虑)。

表2　方案经济比较

从以上比较可以看出，采用三相变方案价格的初期投资及运行成本最为节约。

4　运行中中遇到问题及解决办法

4.1低压侧升高座温度高

SFP - 1140 MVA/500 kV主变投运后，在机组夏季满负荷运行时，低压侧升高座温度偏高，过热区域主要集中在低压B相套管的封闭母线法兰处，法兰过热区域主要集中在A、B两片区域，区域最热点温度可达约130℃。

4.2原因分析

大型汽轮发电机组发电机引出线回路均采用全连式分相封闭母线，主变低压侧、发电机侧封闭母线短路排之间构成回路，主变低压侧导体与封闭母线外壳之间恰似一台变比为1:1的空气芯变压器。当导体通电时，外壳上产生一个反方向的感应电流。电厂主变低压与封闭母线连接处连接详图见图1。

图1　1140 MVA三相一体主变低压侧连接

当机组投运后，封闭母线发电机侧与主变侧的短路板使外壳电流能够流通，从而将导体电流产生的磁场屏蔽，在A、B相之间的短路板及B、C相之间的短路板中虽有电流，其磁场不会在B相上产生涡流。导致发热的主要原因是封闭母线在主变侧短路板与升高座法兰盘之间这一段封闭母线外壳没有构成环流，也即这一段导体电流产生的磁场没有经过外壳环流的屏蔽。因此A、C相导体电流产生的磁场都会匝连穿过B相的外壳，对B相封母最后一段铝筒产生影响，且影响效果是叠加的，因此在B相铝筒处将产生叠加的磁场。因此在B相外壳的正反两面就感应产生涡流，见图2，此涡流流经法兰螺栓处，由于电阻的增加就会产生过热，正是因为此涡流直接导致了主变低压法兰面的过热，并且主变低压B相的法兰也比A、C相热，导致夏季主变满负荷运行时升高座A、B两片区域超温。

图2　1140 MVA三相一体主变运行低压侧电流分析

4.3 解决办法

将升高座上封闭母线法兰表面增开若干条隔磁槽，对槽口采用环氧胶水封堵，减小涡流发热。

图3　1140 MVA三相一体主变低压侧改造措施

将封闭母线主变侧短路排与主变低压侧升高座法兰盘位置适当调整，封闭母线最后一段铝筒离短路排越近，主变低压法兰面温升越小。

5　结论

通过技术经济比较后，百万机组主变压器采用三相一体变压器从造价、布置、安全运行等方面优势明显，另外总损耗方面三相一体变压器比三个单相变压器小约300 kW，年节约厂用电约150万kWh，按0.43元/kWh计算，年节约约65万元成本。经济效益也相当可观；

通过对主变低压侧温度高的分析处理，处理后的主变低压侧温度下降明显，夏季高负荷最高温度降至90℃以内，达到较好的运行效果。

参考文献：

[1]西北电力设计院．主变选型专题报告[R]．西安：西北电力设计院，2007．

[2]GB6451-2008，三相油浸式电力变压器技术参数和要求[S]．

[3]GB 1094.2-2013，电力变压器 第2部分：液浸式变压器的温升[S]．

[4]西北电力设计院．电力工程电气设计手册(1)[M]．北京：水利电力出版社，1989．

[5]DL 5000-2000，火力发电厂设计技术规程[S]．

Type Selection of 1140 MVA Three-phase Main Transformer and Operation Practice

YANG Jun-bao1, CHEN Xu-sheng2, ZHANG Wei-yi1， WANG Chan-wen1
(1. Wenergy TongLing Power Generation Co.,Ltd., TongLing 244012，China; 2. China power construction engineering consulting Co.,Ltd., Shanghai 200137, China)

Abstract:No.5 unit of Tongling Power Plant Phase 6 is the first power generator unit with the capacity of 1000MW in Anhui Province. It access to East China power grid through the main transformer increasing to 500kV. The Main Transformer is a three-phase transformer which is first adopted in one million units. The three-phase transformer has obvious advantages in manufacturing, layout and operation, which improves the economy and reliability of power supply. But the transformer also encountered the low pressure side of a high temperature rising problem in the early operation. After the analysis, we finally solved the problem of high temperature in the maintenance. The transformer currently runs in good condition.

Key words:power Plant; transformer; three-phase; reliability.

中图分类号：TM621

文献标志码：B

文章编号：1671-9913(2016)01-0044-05

* 收稿日期：2015-08-06

作者简介：杨军宝(1980- )，男，工程师，主要从事发电厂电气技术管理工作。