王磊
(神華國能(神東電力)集團有限公司,北京 100032)
發(fā)電廠主變壓器主要技術(shù)規(guī)范分析及評標(biāo)建議
王磊
(神華國能(神東電力)集團有限公司,北京100032)
主變壓器的選擇與發(fā)電廠建設(shè)和運行的經(jīng)濟性密切相關(guān),涉及額定容量、額定電壓、短路阻抗、冷卻方式和結(jié)構(gòu)型式等問題。就發(fā)電廠主變壓器招標(biāo)技術(shù)規(guī)范書中主要的技術(shù)要求和性能參數(shù)進行解析,結(jié)合主變壓器設(shè)計和運行經(jīng)驗提出建議。
主變壓器;電力工程;技術(shù)規(guī)范;評標(biāo)
隨著電力工業(yè)的快速發(fā)展,火電機組單機容量從135MW、200MW、300MW發(fā)展到600MW、1000MW,火力發(fā)電廠主變壓器的容量也隨之增大。主變壓器的選擇不僅與發(fā)電廠建設(shè)和運行的經(jīng)濟性密切相關(guān),對電力系統(tǒng)的安全可靠性也有重大影響。
在發(fā)電廠建設(shè)過程中,技術(shù)規(guī)范書是設(shè)備招標(biāo)、評標(biāo)和合同談判的主要依據(jù),其主要技術(shù)參數(shù)和要求的確定,直接關(guān)系到招標(biāo)和合同談判的順利與否。因此,必須準(zhǔn)確確定參數(shù)和選擇范圍要求,結(jié)合項目實際準(zhǔn)確選擇。主變壓器的技術(shù)規(guī)范書一般包括二百余項技術(shù)要求和技術(shù)參數(shù),由設(shè)計單位編寫,近些年大型變壓器訂貨的技術(shù)規(guī)范書大多采用以下結(jié)構(gòu):總則部分(主要包括總的說明、引用標(biāo)準(zhǔn)等);工程概況部分(主要包括工程簡介、自然條件、工程條件等);技術(shù)規(guī)范部分(主要包括變壓器的規(guī)范及額定參數(shù)、主要技術(shù)要求和性能參數(shù)、組件、附件的主要技術(shù)要求和性能參數(shù)等);其他部分(主要包括供貨范圍、設(shè)備和資料交付進度、質(zhì)量保證和控制、設(shè)備監(jiān)造、性能驗收試驗和技術(shù)服務(wù)等)。
以600 MW等級火力發(fā)電機組主變壓器為例,就其技術(shù)規(guī)范書中的主要技術(shù)規(guī)范,以及在招標(biāo)中可能出現(xiàn)的問題進行解析,并就招標(biāo)文件編制、評標(biāo)辦法對應(yīng)的否決(廢標(biāo)條款)、評分(根據(jù)優(yōu)劣排序加減分)條款等給出建議。
1.1海拔高度
海拔高度對大型電力變壓器的影響。1)海拔升高,空氣密度下降,散熱條件變壞,所以冷卻系統(tǒng)要強化;2)空氣密度降低,耐壓強度下降,外絕緣強度要做適當(dāng)修正,在海拔5 000 m范圍內(nèi),每升高1 000 m,即平均氣壓每降低7.7~10.5 kPa,外絕緣強度降低8%~13%;3)高海拔地區(qū)太陽輻射照度較高,絕緣材料老化較快;4)隨空氣壓力的降低,其擊穿電壓也下降,為了保證產(chǎn)品在高原環(huán)境使用時有足夠的耐擊穿能力,必須增大電氣間隙[1]。外絕緣強度體現(xiàn)了投標(biāo)方所用材質(zhì)的優(yōu)劣,但是只要滿足招標(biāo)文件要求就不影響正常使用,因此,該項可作為評標(biāo)評分條款。
1.2最大環(huán)境溫差
最大運行環(huán)境溫差對變壓器的溫升和油枕的容積影響較大。其中溫升要嚴格按照GB 1094.2—2013《電力變壓器 第2部分:液浸式變壓器的溫升》的相關(guān)要求確定;對于油枕容積,變壓器油的熱脹冷縮系數(shù)是7/10000,按此推算變壓器在極端條件下油體積的變化為8.75%,考慮到裕量,變壓器油枕的容積不應(yīng)該小于變壓器油量的10%。根據(jù)不同地區(qū),中西部地區(qū)溫差較大,特別是西部地區(qū),可以按照10%考慮,而東部地區(qū)可以在8.75%~10%之間選取[2]。
油箱容積大小只要滿足招標(biāo)文件要求就不影響正常使用,但是,只要條件允許,適當(dāng)減小油箱容積,可減輕變壓器總重量和油量,因此,該項一般可作為評標(biāo)評分條款。
1.3雷暴強度
變壓器的繞組相當(dāng)于電感線圈,雷電波侵入變壓器高壓側(cè)或低壓側(cè)繞組會引起正、逆變換過電壓,當(dāng)雷電沖擊全波(峰值)加在繞組上時,對絕緣的考驗就是沖擊全波的峰值電壓。
變壓器防雷措施的選擇根據(jù)工程所在地區(qū)雷暴強度(雷暴日數(shù))的大小決定。少雷地區(qū),可采用只在高壓側(cè)裝設(shè)避雷器的方式;一般地區(qū),可采用變壓器高、低壓側(cè)均裝設(shè)避雷器的方式;多雷地區(qū),應(yīng)采用多種防雷措施綜合實施,高壓側(cè)裝設(shè)避雷器單獨接地,低壓側(cè)避雷器、低壓側(cè)中性點及變壓器金屬外殼連接在一起接地;嚴重雷區(qū),采用綜合防雷保護措施仍未得到較好的防雷效果后,應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟比較,在變壓器鐵芯上加裝平衡繞組 (即采用新型防雷避雷器),或在變壓器內(nèi)部安裝金屬氧化物避雷器[3]。
一般在多雷及以上區(qū)域,招標(biāo)文件會要求投標(biāo)方提供防雷擊的措施方案,評標(biāo)時可根據(jù)方案的優(yōu)劣適當(dāng)給予評分。
1.4系統(tǒng)短路容量
系統(tǒng)短路容量主要涉及變壓器繞組材料的選擇,對于接入有較大系統(tǒng)短路容量電網(wǎng)的變壓器,必須要提高其抗短路沖擊的能力,在變壓器訂貨階段,主要考慮繞組材料選擇和結(jié)構(gòu)設(shè)計要求。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面,變壓器內(nèi)線圈加硬紙筒及撐條能有效撐緊撐圓線圈,保證短路時電動力的有效傳遞,提高導(dǎo)線的屈服強度可有效提高線圈的抗短路能力。對繞組材料的選擇,變壓器內(nèi)線圈必須使用半硬銅自粘性換位導(dǎo)線。半硬銅自粘性換位導(dǎo)線的抗短路能力遠優(yōu)于普通的紙包單線或組合導(dǎo)線[4]。
系統(tǒng)短路容量應(yīng)滿足國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施要求,可列為評標(biāo)否決條款。
1.5運輸條件
工程所處地理位置的運輸條件,影響變壓器型式的選取。一般情況下,只要運輸條件滿足噸位要求,可選取三相一體的變壓器,否則,只能選取單相變壓器,選取單相變壓器還要根據(jù)需要確定是否設(shè)置備用相。
1.6污穢等級
廠址所處地區(qū)的污穢等級影響變壓器套管外絕緣的爬電比距的選擇,發(fā)電廠、變電所設(shè)備的污級共劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ四級。
Ⅰ級(輕):主要是沒有工業(yè)、裝供熱設(shè)備的房屋密度較小的地區(qū);工業(yè)或房屋密度較小,但經(jīng)常有風(fēng)和(或)雨的地區(qū);農(nóng)業(yè)地區(qū);山區(qū)。所有這些地區(qū),至少都離海邊10~20 km,不直接遭受海風(fēng)的作用。
Ⅱ級(中等):不產(chǎn)生特別污染煙灰的工業(yè)區(qū)和(或)裝供熱設(shè)備的房屋密度中等的地區(qū);房屋和(或)工業(yè)密度較大,但經(jīng)常有風(fēng)和(或)雨的地區(qū);會遭受海風(fēng)作用但離海岸不太近的地區(qū)。
Ⅲ級(重):工業(yè)密度較大地區(qū)和產(chǎn)生污染的供熱設(shè)備密度較大城市地區(qū);靠近海岸的地區(qū)或是任何情況下都會遭受相當(dāng)強的海風(fēng)作用的地區(qū)。
Ⅳ級(很重):能遭受到導(dǎo)電粉塵和能產(chǎn)生特別厚的導(dǎo)電沉積物的工業(yè)煙灰的地區(qū);很接近海岸和會受到海水霧氣噴濺或會受到很強的污染性海風(fēng)作用的地區(qū);長期無雨受到夾有沙和鹽的強風(fēng)作用且常有凝露的地區(qū)和沙漠地區(qū)。
對于煤電一體化電站、坑口電站或潮濕地區(qū)電站,要適當(dāng)提高外絕緣的爬電比距。對應(yīng)污穢等級的最小爬電比距見表1[2]。當(dāng)套管平均直徑在300 mm以上時,爬電距離應(yīng)增加10%,當(dāng)套管平均直徑在500 mm以上時,爬電距離應(yīng)增加20%。對于污穢水平嚴重的發(fā)電廠升壓站的電氣設(shè)備,可以考慮采用耐污絕緣子或采用合成絕緣子。耐污絕緣子一般采取增加或加大絕緣子傘裙的措施以增加絕緣子的爬電距離。

表1 對應(yīng)污穢等級的最小爬電比距
根據(jù)污穢等級對應(yīng)的最小爬電比距可作為否決條款。
2.1冷卻方式
大容量變壓器普遍采用強迫導(dǎo)向風(fēng)冷(ODAF)和強油導(dǎo)向水冷(ODWF)兩種冷卻方式,這兩種冷卻方式有很強的冷卻效果。其主要工作原理就是把變壓器油箱中的熱油,利用油泵打入油冷卻器,經(jīng)冷卻后再返回油箱,冷卻繞組和油箱。油冷卻器做成容易散熱的特殊形狀,利用風(fēng)扇吹風(fēng)或循環(huán)水做冷卻介質(zhì)將油中熱量帶走。導(dǎo)向冷卻的變壓器,在結(jié)構(gòu)上采用了一定的措施(如加擋油紙板、紙筒)后使油按一定的路徑流動。采用了導(dǎo)向冷卻,泵口的冷油在一定壓力下被送入線圈間、線餅間的油道和鐵心的油道中,可以提高冷卻效能。
選用強油風(fēng)冷冷卻方式時,當(dāng)油泵與風(fēng)扇失去供電電源時,變壓器即使空載也不能長時間運行。因此,應(yīng)選擇兩個獨立電源供給冷卻器。
該條款在招標(biāo)文件中一般是明確規(guī)定的,投標(biāo)方都能符合要求,滿足變壓器正常運行要求即可,一般不列為否決和評分項。
2.2中性點接地方式
電力變壓器中性點的接地方式一般有3種:不接地、經(jīng)消弧線圈接地、直接接地。在中性點不接地系統(tǒng)中,當(dāng)發(fā)生單相接地時,三相系統(tǒng)的對稱性不被破壞,系統(tǒng)可以正常運行,只是非接地相的對地電壓會相應(yīng)升高,不允許長期運行。當(dāng)系統(tǒng)容量大,線路較長時,接地電弧可能不能自行熄滅。為了防止電弧過電壓,可采用經(jīng)消弧線圈接地的方式。當(dāng)發(fā)生單相接地時,消弧線圈中的感性電流能夠補償單相接地的電容電流。而中性點直接接地方式可以降低設(shè)備絕緣的費用。
發(fā)電廠主變壓器中性點的接地方式,一般在接入系統(tǒng)專題報告中有明確說明,在訂貨時要嚴格遵照執(zhí)行。
2.3短路阻抗
短路阻抗是變壓器性能指標(biāo)中的重要項目,當(dāng)變壓器滿載運行時,短路阻抗的大小對二次側(cè)輸出電壓有影響,短路阻抗小,電壓降小;當(dāng)變壓器負載出現(xiàn)短路時,短路阻抗小,短路電流大,變壓器承受的電動力大,短路阻抗大,短路電流小,變壓器承受的電動力小。其出廠時的實測值與規(guī)定值之間的偏差要求嚴格,一般按照不超過±5%考核[2]。
短路阻抗的偏差值可作為評分條款列入評標(biāo)辦法。
2.4變壓器溫升
溫升是指變壓器溫度與周圍空氣溫度的差。在變壓器壽命方面,引起絕緣老化的主要原因是溫度,由于變壓器內(nèi)部熱量傳播不均勻,變壓器各部位的溫度差別很大,因此需要對變壓器在額定負荷時,各部分溫度的升高做出規(guī)定,這是變壓器的允許溫升,按照絕緣耐熱等級,允許溫升見表2。

表2 變壓器的允許溫升 ℃
變壓器溫升還需要根據(jù)海拔高度進行修正,一般風(fēng)冷變壓器按照海拔每增加250 m降低1℃進行修正。
一般情況下,該條款在評標(biāo)中按照表2對應(yīng)數(shù)值作為否決條款確定,同時在評分條款中也可列入。
2.5效率和損耗
變壓器損耗可分為銅耗和鐵耗兩大類。銅耗是電流流過變壓器線圈時產(chǎn)生的直流電阻的損耗,同負載電流的平方成正比,又稱負載損耗。鐵耗是變壓器鐵芯中磁滯和渦流損耗,對已制成的變壓器則近似于原邊電壓的平方,由于原邊電壓同網(wǎng)絡(luò)電壓相等,又稱不變損耗(空載損耗)。
降低負載損耗最好的辦法是改善變壓器的絕緣結(jié)構(gòu),由減小絕緣體積來減小線圈尺寸,從而減小負載損耗。降低空載損耗要采用良好的硅鋼片,改進鐵心的結(jié)構(gòu)和工藝[4]。
大型變壓器效率都在99%以上,在編制招標(biāo)文件時,一般都希望效率越高越好、損耗越低越好,但是受制于現(xiàn)有的導(dǎo)線、絕緣材料、鐵心的材質(zhì)和加工工藝,變壓器的效率和損耗已接近極限,因此建議該條款以國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的效率標(biāo)準(zhǔn)作為否決條款,同時列入評分條款,并且按評分比重的上限設(shè)置,以突出該參數(shù)的重要性。
2.6局部放電水平
局部放電是指跨接在導(dǎo)體間絕緣的一種電氣放電,分為氣泡性局部放電和油中局部放電,造成局部放電的主要原因是高壓電場中導(dǎo)電體、固體絕緣的尖角、毛刺、變壓器油中的微量氣泡和固體絕緣中的空氣縫隙以及絕緣體表面的灰塵及高壓電場中的懸浮電位等造成。局部放電的出現(xiàn)在短時間內(nèi)不會造成整個通路的擊穿。但它可以侵蝕周圍的絕緣,并逐漸擴散以至形成通道而造成擊穿放電,其危害是顯而易見的,因此要嚴格控制變壓器的局部放電水平。一般采用酚醛螺栓、螺母和魏德曼的紙板,以良好材質(zhì)的絕緣材料保證局放處于較低水平。
在招標(biāo)文件中,建議明確絕緣材料材質(zhì)要求,其中材質(zhì)要求可作為否決條款,以保證各家在同一條件下競價,局放水平可作為評分條款。
2.7變壓器的甩負載和噪聲水平
當(dāng)發(fā)電機甩負載時,變壓器應(yīng)能承受1.4倍額定電壓、歷時5 s而不出現(xiàn)異常現(xiàn)象。該項一般要求投標(biāo)方提供變壓器動穩(wěn)定計算報告,其安全系數(shù)應(yīng)不小于1.8;同時要提供突發(fā)短路沖擊試驗報告。
變壓器在100%強迫油循環(huán)冷卻方式下滿載運行,距變壓器本體2 m處,噪聲不大于80 dB。
該條款可作為評分項。
3.1套管
套管材質(zhì)一般有瓷套管和復(fù)合材料兩種可選,復(fù)合套管重量輕,方便運輸和現(xiàn)場安裝,與瓷套相比,復(fù)合套管的最大優(yōu)點是有優(yōu)良的防爆性能,但是其穩(wěn)定性和抗老化能力不如無機材料的瓷套管。
具體應(yīng)根據(jù)實際的使用條件確定,比如在大城市人口和設(shè)備密集地區(qū),硅橡膠復(fù)合套管的防爆性凸現(xiàn)了重要性;相反,在一些氣候條件惡劣的地區(qū),選用瓷套管更合適。
3.2分接開關(guān)
電力變壓器分接開關(guān)是調(diào)整電力變壓器線圈電壓的裝置,用于變換一次或二次繞組的分接,改變其有效匝數(shù),進行分級調(diào)壓,分為無載調(diào)壓分接開關(guān)和有載調(diào)壓分接開關(guān)。前者用于停電后手動操作,后者用于帶電情況下電動操作。
發(fā)電廠主變壓器一般采用無載分接開關(guān),無載分接開關(guān)一般有3~5個分頭。分接開關(guān)的觸頭由鍍鎳的黃銅制作,具有耐磨和導(dǎo)電良好的特點。觸頭結(jié)構(gòu)常用的有環(huán)形觸頭(定觸頭為圓柱形)、夾片式觸頭(定觸頭做成刀形)。
一般情況下,規(guī)定分接開關(guān)長期載流的觸頭,在1.2倍額定電流下,對變壓器油的穩(wěn)定溫升不超過20℃。分接開關(guān)觸頭在承受短時間短路沖擊電流的時,不熔焊、燒傷、無機械變形。
3.3油溫和線圈溫度測量裝置
變壓器油箱內(nèi)一般至少安裝2只遠方測溫元件,元件為雙支三線制Pt100熱電阻,另外變壓器還要在就地設(shè)置上層油溫的測量、顯示裝置,測溫元件能夠?qū)y得的溫度量轉(zhuǎn)換為有源4~20 mA的信號,與DCS接口。600 MW及以上機組配套的變壓器線圈溫度一般采用光纖測溫。
3.4變壓器智能在線監(jiān)測系統(tǒng)
智能在線監(jiān)測系統(tǒng)包括油中色譜與微水監(jiān)測、局部放電監(jiān)測、套管絕緣監(jiān)測、繞組溫度等在線監(jiān)測模塊,可對電力變壓器實施在線狀態(tài)監(jiān)測。該系統(tǒng)可組成具有遠程監(jiān)測與故障診斷的多級數(shù)字監(jiān)控網(wǎng)絡(luò),通過系統(tǒng)提供的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)與診斷結(jié)論,為電力變壓器提供在線監(jiān)測與故障診斷的整體解決方案。監(jiān)測系統(tǒng)能實現(xiàn)集中后臺管理,由統(tǒng)一的后臺軟件監(jiān)測分析和管理。
電力設(shè)備的評標(biāo)辦法,常見的有單項評議法、綜合評價方法、合理低價法、最低評標(biāo)價法、綜合評估法和雙信封評標(biāo)法以及法律、法規(guī)允許的其他評標(biāo)方法。
單項評議法,又稱單因素評議法、低標(biāo)價法,是一種只對投標(biāo)人的投標(biāo)報價進行評議從而確定中標(biāo)人的評標(biāo)定標(biāo)方法,主要適用于小型工程。綜合評議法,是對設(shè)備、施工、服務(wù)的價格、方案、資歷、業(yè)績、指標(biāo)、工期等因素進行綜合評價從而確定中標(biāo)人的評標(biāo)定標(biāo)方法,它是適用最廣泛的評標(biāo)定標(biāo)方法。合理低價評標(biāo)法是在各投標(biāo)人滿足招標(biāo)文件實質(zhì)性要求的前提下,在不低于企業(yè)個別成本的報價中,選擇最低報價投標(biāo)候選人中標(biāo)的評標(biāo)法。
作為發(fā)電廠主變壓器,從資質(zhì)、業(yè)績和生產(chǎn)能力等方面,在目前國內(nèi)市場上可選擇的合格投標(biāo)人不多,且都是實力雄厚的大型企業(yè),都是按照國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計、制造,其指標(biāo)的主要差異體現(xiàn)了所用材質(zhì)、制造工藝的差別,因此,采用綜合評標(biāo)法最為適合,如采用最低價評標(biāo)法、合理低價評標(biāo)法,必須在技術(shù)指標(biāo)、主要材料的材質(zhì)、型號、主要附件的型號、廠家等進行明確,盡量保證所有投標(biāo)人在同一平臺上競價。
綜合評標(biāo)法由技術(shù)部分和商務(wù)部分組成。技術(shù)評判部分一般由否決條款和評分條款組成。
否決條款規(guī)定了技術(shù)指標(biāo)的最低要求和關(guān)鍵材料的材質(zhì)、型號要求,不滿足的作為廢標(biāo)處理,其主要目的是保證入圍廠家的價格差異不會太大,一般情況下,否決條款包含:線圈使用半硬銅自粘性換位導(dǎo)線、爬電比距不滿足表1要求、變壓器溫升不滿足表2要求、變壓器效率低于99.4%(建議)、絕緣材料材質(zhì)等等。
評分條款主要對合格投標(biāo)人所投設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)的優(yōu)劣進行打分評判,每項指標(biāo)按照從優(yōu)到差的順序?qū)λ泻细裢稑?biāo)人進行排序,其中最優(yōu)者為滿分,然后按照評分標(biāo)準(zhǔn)依次減分,具體見表3。
綜合評標(biāo)法商務(wù)部分主要是對投標(biāo)人的商務(wù)條款的響應(yīng)以及價格進行評判,一般只要無較大差異的,均可作為合格投標(biāo)人參與詳評,也可根據(jù)條款要求進行打分。
綜合得分是指技術(shù)部分得分乘以權(quán)重 (一般為50%~70%)加上商務(wù)部分得分乘以權(quán)重 (一般為30%~50%)的和即為綜合得分,按照由高到低的順序推薦預(yù)中標(biāo)人。如商務(wù)部分不評分,可以直接按照技術(shù)得分由高到低的順序推薦預(yù)中標(biāo)人,也可以直接用評標(biāo)價格(澄清以后無異議的價格)除以技術(shù)得分(性價比)作為最終得分,按照由高到低的順序推薦預(yù)中標(biāo)人,以上是綜合評標(biāo)法常用的計分方法,對于發(fā)電廠主變壓器的評標(biāo)來講都是適用的。

表3 評分條款(建議)
發(fā)電廠主變壓器的選擇涉及額定容量、額定電壓、短路阻抗、冷卻方式和結(jié)構(gòu)型式等問題,在變壓器制造過程的監(jiān)造、施工過程的安裝等環(huán)節(jié),還有很多技術(shù)要求,都對變壓器投運后的各項指標(biāo)有較大影響。在評標(biāo)時,需綜合考慮一次性投資成本和運行節(jié)能效益。
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[4]王志連,大容量變壓器抗短路能力簡析[J].山東工業(yè)技術(shù),2014 (14):129.
Primary Technical Specifications Analysis and Bid Evaluation Suggestions of Main Transformers in Power Plants
WANG Lei
(Shenhua Guoneng(Shendong Power)Group Co.,Ltd.,Beijing 100032,China)
The selection of main transformers is closely related to the economic efficiency of the construction and operation of power plants.Major concerns include the rated capacity,the rated voltage,the short-circuit impedance,the cooling mode and the structure type,etc..In this paper,primary technical specifications and performance parameters provided by bid documents of main transformers used in power plants are analyzed.Furthermore,some suggestions based on the design and operation experience of main transformers are put forward.
main transformer;power engineering;technical specification;bid evaluation
TM401
B
1007-9904(2016)07-0046-05
2016-05-12
王磊(1969),男,高級工程師,從事電源基建電氣技術(shù)綜合管理等工作。