1140 MVA三相一體主變選型及運行實踐

楊軍寶，陳戌生，張為義，王昌文(.皖能銅陵發電有限公司，安徽 銅陵 440，. 中國電力建設工程咨詢公司，上海 0037)

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1140 MVA三相一體主變選型及運行實踐

楊軍寶1，陳戌生2，張為義1，王昌文1
(1.皖能銅陵發電有限公司，安徽 銅陵 244012，2. 中國電力建設工程咨詢公司，上海 200137)

摘要：銅陵發電廠六期#5機組是安徽省首臺單機容量為1000MW的超超臨界發電機組，通過主變壓器升壓至500kV接入華東電網，該主變壓器為三相一體變壓器，在百萬機組選型中尚屬首次采用。三相一體變壓器在制造、布置、運行中具有明顯的優勢，提高了供電的經濟性及可靠性。但該變壓器在運行初期也碰到了低壓側升高座溫度高的問題，經多方分析處理，最終在檢修中解決了溫度高的問題，目前變壓器運行狀況良好。

關鍵詞：發電廠；變壓器；三相一體；可靠性。

隨著大機組、超高壓電網的形成，百萬機組主變的選型是一項非常重要的工作，主變壓器的型式對電廠的初投資、安裝工作量、運行費用、檢修維護工作周期等都有直接的關系。主變壓器有三臺單相變(容量3×380 MVA)一臺三相變(容量1140 MVA)或兩臺半容量三相變(容量2×570 MVA)等多種方式可供選擇，本文根據國內近年來各大型發電廠的主變選型經驗并依據皖能銅陵電廠工程的實際情況對主變選型進行優化論證，并對運行中遇到的問題提出可行的解決方案。

1　工程簡介

銅陵發電廠六期#5機組是安徽省首臺單機容量1000 MW的超超臨界發電機組，六期#5機組采用發電機-變壓器-線路組接線接入500 kV官山變電站。主變壓器采用三相一體主變壓器，為全國百萬機組中首次采用。在銅陵發電廠之前在建或投運的1000 MW機組工程，均采用單相變，有的工程主變還是進口設備，有的還設置了備用相。在銅陵發電廠六期工程中由于皖能集團和銅陵發電廠的大力支持，并在以設計單位為龍頭的總承包體制下，突破了這一技術創新。在全國1000 MW機組上首次采用了三相一體主變，為國家節省了大量資金，并提高了工程質量及運行可靠性。在銅陵工程之后國內的1000 MW機組，只要在運輸上無問題，就基本都采用三相一體主變，實現了與國際接軌。銅陵三相一體主變壓器在制造、布置、運行中具有明顯的優勢。但是運行初期亦碰到了溫度高的問題，后期在機組檢修過程中得到了有效的處理。

2　技術比較

按火力發電廠設計技術規程(DL 5000 -2000)要求：對于600 MW及以上發電機組主變壓器的選擇應綜合考慮運輸和制造條件，經技術經濟比較后，可采用單相或三相變壓器。

主變壓器在技術上的比較，主要考慮以下因素：運輸條件的限制、制造的可能性、布置安裝的可行性、低壓側封閉母線的布置及長度等。

從運輸條件的限制方面看，銅陵發電廠廠址西距長江約1.5 km，位于安徽省銅陵市西南方向約7.5 km的橫港工業區，水運、陸路條件良好。廠址對外公路交通十分方便，運輸條件較好。因此三臺單相變(容量3×380 MVA)，兩臺半容量三相變(容量2×570 MVA)或一臺三相變(容量1140 MVA)均可滿足運輸要求。國內幾家大變壓器廠的三相百萬主變生產及運輸情況如下。

2.1常州東芝

可生產1140 MVA/500 kV三相一體變壓器，在國外已有百萬主變業績。且能提供承受短路能力的計算書，并經受了國外驗證機構的短路強度試驗。常州東芝至電廠的運輸方案如下：

(1)運輸數據

主體運輸重量： 約500 t×1臺(充空氣)

主體運輸裝車尺寸：

長×寬×高= 13.4×7.2×7.5 m

(2)運輸路線

常州東芝公路短駁，平板車 → 常州東芝重型碼頭，重型吊機 → 起吊上船，1000T駁船 →京杭大運河 → 長江→ 銅陵電廠碼頭，浮吊上岸→ 平板車短駁至安裝現場，上基礎。

2.2保定天威保變電氣股份有限公司

該公司的三相變壓器有國家變壓器質量監督檢驗中心的短路承受能力試驗合格證號。設備至現場也可以采用水路陸路聯合運輸，保定天威保變電氣股份有限公司至電廠的運輸方案如下：

(1)運輸數據

主體運輸重量： 約457.0 t×1臺(充氮)

主體運輸裝車尺寸：

長×寬×高= 12.5×4.1×5.0 m

(2)運輸路線

變壓器主體由天威秦皇島出海口生產基地經哈動力碼頭上船海運，貨輪抵達上海港后轉長江駁船，經過長江內陸水運抵達銅陵碼頭卸船，經銅陵碼頭轉公路運輸抵達電廠施工現場。

2.3西安西電變壓器有限責任公司

該公司的三相變壓器有國家變壓器質量監督檢驗中心的短路承受能力試驗合格證號。設備至現場采用全高速公路運輸，西安西電變壓器有限責任公司至電廠的運輸方案如下：

(1)運輸數據

主體運輸重量： 約396 t×1臺(充氮)

主體運輸裝車尺寸：

長×寬×高= 10.35×4.01×4.771 m

(2)運輸路線

西安→潼關(連霍高速)→洛陽(連霍高速)→平頂山(南洛高速)→漯河(南洛高速)→蚌埠(南洛高速)→合肥(徐合高速)→銅陵(合銅高速)→銅陵電廠

從制造的可能性看，三臺單相變(容量3×380 MVA)作為主變壓器方案已在國內1000 MW機組中成功實施，具有成功經驗，國內能夠自行生產，無需進口。兩臺半容量三相變(容量2×570 MVA)作為主變壓器方案，變壓器完全可以國內自行生產，但作為主變壓器方案國內目前尚無成功應用經驗，兩臺半容量三相變如果在制造上萬一發生有阻抗誤差，即一臺主變發生正誤差，另一臺主變發生負誤差，則在兩臺主變中將產生環流，這也是其可能產生的缺點。一臺三相變(容量1140 MVA)容量偏大，但國內幾大變壓器廠對生產1000 MW機組用的1140 MVA三相主變已具備相應的工藝制造能力，有的廠已全套引進國外的制造技術，并已為三峽工程生產過配750 MW機組的840 MWA三相主變，并已經投入運行多年，因此已具備了制造1000 MW機組三相主變的技術基礎，積累了一定的經驗。但是由于沒有工程訂貨因此尚無業績。常州東芝，西變，保變百萬三相一體主變的制造運輸情況比較見表1。

表1　運輸方案

從表1中可知保變運輸方案最為可行，廠內起吊設施及600t氣墊運輸車等都具備較好運輸條件；常州東芝的重型碼頭還需擴建，廠內行車起吊重量也不夠，需要做一些設備改進方可生產百萬主變，但是東芝在國外已有百萬主變業績，以及相應的實驗報告，在制造技術上是有保證的；西變公路運輸需對收費站的超寬車道拓寬或拆移收費亭，個別路段還需要修繕。

從布置安裝的角度看，三臺單相變(容量3×380 MVA)作為主變壓器方案占地面積大，高壓側出線困難(變壓器占地面積大概40.6 m×10 m)，雖然在主廠房A排外可以布置下，高壓側出線也可以實現，在國內1000 MW機組中成功實施，具有成功經驗，但是主變低壓側和中性點接線復雜，低壓側需要使用封閉母線實現Δ連接，高壓側中性點也需要使用外部管形母線星接，在發電機-變壓器回路中增加了故障點，對于機組可靠運行帶來一定的風險。兩臺半容量三相變(容量2×570 MVA)作為主變壓器方案，由于高壓側出線需做匯流母線使A排外布置緊張，同時500 kV出線復雜，增加了事故幾率。并且兩臺半容量三相變(容量2×570 MVA)作為主變壓器方案在國內1000 MW機組中目前尚無成功應用經驗。一臺三相變(容量1140 MVA)作為主變壓器方案在布置上明顯優于前兩種方案，高低壓側引出線也很容易，在制造和運輸可行的前提下，采用三相一體主變是最為可靠和經濟的方案。

從變壓器低壓側封閉母線的布置及長度的角度看，采用三臺單相變(容量3×380 MVA)作為主變壓器方案由于變壓器低壓側需要采用封閉母線連接，因此封母長度較后兩種方案多。主變的土方量和設備運行維護成本均高于三相一體變壓器方案。

3　經濟比較

對三種變壓器布置方案的經濟比較見表2(年運行小時數按5000 h考慮)。

表2　方案經濟比較

從以上比較可以看出，采用三相變方案價格的初期投資及運行成本最為節約。

4　運行中中遇到問題及解決辦法

4.1低壓側升高座溫度高

SFP - 1140 MVA/500 kV主變投運后，在機組夏季滿負荷運行時，低壓側升高座溫度偏高，過熱區域主要集中在低壓B相套管的封閉母線法蘭處，法蘭過熱區域主要集中在A、B兩片區域，區域最熱點溫度可達約130℃。

4.2原因分析

大型汽輪發電機組發電機引出線回路均采用全連式分相封閉母線，主變低壓側、發電機側封閉母線短路排之間構成回路，主變低壓側導體與封閉母線外殼之間恰似一臺變比為1:1的空氣芯變壓器。當導體通電時，外殼上產生一個反方向的感應電流。電廠主變低壓與封閉母線連接處連接詳圖見圖1。

圖1　1140 MVA三相一體主變低壓側連接

當機組投運后，封閉母線發電機側與主變側的短路板使外殼電流能夠流通，從而將導體電流產生的磁場屏蔽，在A、B相之間的短路板及B、C相之間的短路板中雖有電流，其磁場不會在B相上產生渦流。導致發熱的主要原因是封閉母線在主變側短路板與升高座法蘭盤之間這一段封閉母線外殼沒有構成環流，也即這一段導體電流產生的磁場沒有經過外殼環流的屏蔽。因此A、C相導體電流產生的磁場都會匝連穿過B相的外殼，對B相封母最后一段鋁筒產生影響，且影響效果是疊加的，因此在B相鋁筒處將產生疊加的磁場。因此在B相外殼的正反兩面就感應產生渦流，見圖2，此渦流流經法蘭螺栓處，由于電阻的增加就會產生過熱，正是因為此渦流直接導致了主變低壓法蘭面的過熱，并且主變低壓B相的法蘭也比A、C相熱，導致夏季主變滿負荷運行時升高座A、B兩片區域超溫。

圖2　1140 MVA三相一體主變運行低壓側電流分析

4.3 解決辦法

將升高座上封閉母線法蘭表面增開若干條隔磁槽，對槽口采用環氧膠水封堵，減小渦流發熱。

圖3　1140 MVA三相一體主變低壓側改造措施

將封閉母線主變側短路排與主變低壓側升高座法蘭盤位置適當調整，封閉母線最后一段鋁筒離短路排越近，主變低壓法蘭面溫升越小。

5　結論

通過技術經濟比較后，百萬機組主變壓器采用三相一體變壓器從造價、布置、安全運行等方面優勢明顯，另外總損耗方面三相一體變壓器比三個單相變壓器小約300 kW，年節約廠用電約150萬kWh，按0.43元/kWh計算，年節約約65萬元成本。經濟效益也相當可觀；

通過對主變低壓側溫度高的分析處理，處理后的主變低壓側溫度下降明顯，夏季高負荷最高溫度降至90℃以內，達到較好的運行效果。

參考文獻：

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[5]DL 5000-2000，火力發電廠設計技術規程[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.

中圖分類號：TM621

文獻標志碼：B

文章編號：1671-9913(2016)01-0044-05

* 收稿日期：2015-08-06

作者簡介：楊軍寶(1980- )，男，工程師，主要從事發電廠電氣技術管理工作。