清蓄電站500kV變壓器使用國產硅鋼片的研究

任 杰

（清遠蓄能發電有限公司，廣東清遠511853）

1 引言

廣東清遠抽水蓄能電站發電機變壓器SSP-380000/500是與4臺立式單級混流可逆式水泵水輪機-發電電動機組配套的主變壓器。電站將擔任廣東電網的調峰、調頻、填谷、調相以及事故備用等任務。特變電工衡陽變壓器有限公司成為清遠抽水蓄能電站4臺525kV主變壓器及其附件的供貨廠家。

由于該產品容量大，漏磁大，開、合閘頻繁及GIS隔離開關操作產生的快速瞬變過電壓，因此，控制因漏磁而產生的結構損耗，解決局部過熱，提高產品抗短路能力，提高產品因頻繁切換時抗沖擊力的能力，及承受頻繁操作過電壓沖擊的能力，是該產品的關鍵。經過絕緣油試驗、繞組變形測量、空載損耗和空載電流測量、線端的雷電沖擊試驗、感應耐壓試驗等多達27項試驗驗證，4臺變壓器的各項性能參數全部滿足合同技術協議要求。

2 組成及主要技術參數

2.1 變壓器構成

廣東清遠抽水蓄能電站變壓器SSP-380000/500是與4臺立式單級混流可逆式水泵水輪機-發電電動機組配套的主變壓器。鐵心采用三相五柱式、D型軛、五級步進接縫，高壓線圈采用插花糾+普糾+內屏+連續式，采用組合導線與自粘性換位導線，低壓線圈采用U型結構，采用自粘性換位導線，高壓采用SF6套管出線，油箱內加裝磁屏蔽和電屏蔽，該產品采用計算機進行電磁優化設計，應用專有軟件進行電場計算、主縱絕緣強度、繞組溫升、油流分布及漏磁場分析，合理地選擇線圈型式及絕緣結構。同時進行了短路強度及油箱的機械強度計算，從而提高了產品的可靠性。

清蓄電站500kV主變壓器由器身、油箱、儲油柜、冷卻裝置、出線裝置、保護裝置、控制系統組成。主變壓器高壓側與SF6氣體絕緣封閉母線相連，低壓側連接15.75kV離相封閉母線；變壓器高壓中性點套管引出，直接接地。變壓器在升壓（發電機工況）和降壓（電動機工況）兩種正常運行方式下，要求均能滿足額定容量的要求并應考慮抽水蓄能電站的特殊性及500kV直流換流站單極大地回路運行方式對變壓器的影響。

2.2 變壓器主要參數

產品型號：SSP-380000/500

產品代號：1TBEA.710.10139

生產號：120413

額定容量：380000/380000kVA

額定電壓：525±2×2.5%/15.75kV

額定電流：417.89/13929.42A

頻率：50Hz

聯結組標號：YNd11

冷卻方式：ODWF

表1 變壓器參數

3 寶鋼B27R095硅鋼片資料參數

寶鋼B27R095硅鋼片表示工程厚度為0.27mm磁疇細化高磁感取向電工鋼，鐵損的保證值P17/50不大于0.95W/kg。磁疇細化高磁感取向電工鋼擁有優異的電磁性能：高精度尺寸與優異的力學性能便于用戶分條、剪切與疊片，卓越的尺寸精度，確保取向電工鋼良好的板型。電工鋼表面平滑、厚度均勻、同板差小、疊片系數高；優良的表面涂層性能：具有均勻的表面涂層，良好的附著性，防止加工時的涂層脫落，層間絕緣性能良好。

寶鋼B27R095硅鋼片是寶鋼公司的高端產品，該產品為經過激光刻痕工藝處理的高導磁晶粒取向硅鋼片，具有如下優點：

（1）采用激光刻痕工藝，可降低由磁滯伸縮產生的噪聲及震動。

（2）通過激光刻痕工藝細分磁疇，能有效降低空載損耗。

經中國計量科學研究院監測（證書編號：GJcc2009-1186），寶鋼B27R095型硅鋼片滿足清蓄電站主變合同的技術協議值：

樣品質量M：0.4845kg

樣品長度L：0.500m

材料密度ρm:7650kg/m3

材料厚度：0.27×10-3

渦流損耗系數e：0.50

（1）在頻率為50Hz時，交流磁化的比總消耗值Ps：

磁極化強度峰值J/T 比總損耗值Ps/W/kg

1.5 0.617

1.7 0.842

測試結果不確定度為U=1.5%（k=2）

（2）在頻率為50Hz時，磁感應強度峰值B：

磁場強度峰值H/A/m 磁感應強度峰值B/T

800 1.910

1000 1.924

2500 1.970

測試結果不確定度為U=1.0%（k=2）。

（3）在頻率為60Hz時，交流磁化的比總消耗值Ps：

磁極化強度峰值J/T 比總損耗值Ps/W/kg

1.5 0.827

1.7 1.142

測試結果不確定度為U=1.5%（k=2）。

4 寶鋼B27R095與新日鐵27ZH100硅鋼片性能參數比對

4.1 變壓器對鐵磁材料的要求

（1）單位重量的鐵損（W/kg）盡可能低，以節省能耗；

（2）允許磁密高，磁化性能好，不易飽和；

（3）加工容易，機械性能好；

（4）電阻率高，可有效減小渦流損耗；

（5）冷軋高硅鋼含硅量高于6%；

（6）硅鋼片機械加工需表面光滑、平整、厚度均勻；（7）硅鋼片在軋制方向形成很高的磁導率。

4.2 基本參數對比

通過表2對比可以看出，寶鋼B27R095與新日鐵27ZH100兩種硅鋼片的物理性能相近。

表2 參數對比

4.2.1 單位鐵損對比

圖1 B27R095鐵損曲線

圖2 27ZH100鐵損曲線

在頻率為50Hz，磁密為1.7T(工作磁密)時的單位鐵損見表3：

表3 鐵損對比

可以看出，寶鋼B27R095硅鋼片單位鐵損值比新日鐵27ZH100硅鋼片低0.05W/kg，偏差百分數為-5.4%。

4.2.2 激磁容量對比

圖3 B27R095激磁容量曲線

圖4 27ZH100激磁容量曲線

頻率為50Hz，磁密為1.7T磁密（工作磁密）時的單位激磁容量見表4：

表4 激磁容量對比

可以看出，寶鋼B27R095硅鋼片單位激磁容量比日本新日鐵27ZH100硅鋼片高0.04VA/kg，偏差百分數為2.2%

4.3 主變壓器關鍵性能參數比對（表5）

由計算結果對比可得：使用寶鋼B27R095硅鋼片時空載損耗比使用27ZH100硅鋼片時低約4.7kW，偏差百分數-3.4%。使用寶鋼B27R095硅鋼片時空載電流比使用27ZH100硅鋼片時高0.01%，偏差百分數10%,但與協議要求空載電流0.15%相比，偏差百分數為-50%。其他各項參數均滿足技術協議要求。

表5 關鍵性能參數對比表

5 試驗數據

經過絕緣油試驗、繞組變形測量、空載損耗和空載電流測量、線端的雷電沖擊試驗、感應耐壓試驗等多達27項試驗驗證，4臺變壓器的各項性能參數全部滿足合同技術協議要求。試驗期間，清蓄建管局、法國法電集團及廣州健翔咨詢有限公司技術管理人員按照預先審定的出廠試驗方案大綱，全程現場見證了4臺主變壓器的出廠試驗，經過各方人員的共同努力，順利完成主變的出廠試驗。

試驗數據見下頁表6。

（1）空載試驗結果明顯優于額定頻率額定電壓時空載損耗≤147kW，額定頻率額定電壓時空載電流≤0.15%的合同要求；

（2）按GB7328的測量方法和規定，在額定電壓下，當變壓器強油水冷裝置的泵組不投入運行時，在距離變壓器外廓線0.3m處測量，不大于78dB(A)；當水冷卻器、油泵投入運行并在額定電壓時，在距離變壓器外廓線2m處測量，變壓器和冷卻器的聲壓級不大于78dB(A)。試驗結果同樣優于合同要求。

反映出，清蓄電站500kV變壓器的硅鋼片在使用寶鋼B27R095型替代日本新日鐵27ZH100型后，重要指標均滿足采購要求。

6 業績及典型應用

寶鋼取向硅鋼產品投產后，打破了進口產品在高電壓、大容量變壓器上的壟斷，陸續完成了使用硅鋼的各類型變壓器制作、運行。

（1）首臺大型水電升壓變－三峽地下電站（500 kV/780MVA）。

（2）首臺直流變壓器－葛滬直流改造工程（500 kV/280MVA）。

（3）首臺百萬容量變壓器－華潤湖北電廠（500 kV/1140MVA）。

（4）溪洛渡水電樞紐－升壓變（500kV/860 MVA）。

（5）向家壩水電樞紐－升壓變（500kV/890 MVA）。

（6）首臺750kV變壓器－青藏交直流聯網工程（750kV/700MVA）。

（7）首臺雙百萬交流變壓器－皖電東送（1000kV/1000MVA）。

表6 主變出廠試驗數據

7 結論和建議

通過上述對比分析可以得出以下結論：

（1）通過比較，寶鋼B27R095硅鋼片單位鐵損低于日本新日鐵27ZH100硅鋼片，單位激磁容量兩者相差不大；

（2）寶鋼B27R095硅鋼片與日本新日鐵27ZH100硅鋼片相比，兩者機械性能和物理性能相當；

（3）使用寶鋼B27R095硅鋼片，清蓄電站500kV主變壓器主要參數指標優于合同要求，滿足運行需求；

（4）國產硅鋼片的實際應用打破了重要進口原材料在高電壓、大容量變壓器上的壟斷，對推進高、精、尖產品國產化起到了重要的示范作用。

參考文獻:

[1] 阮瑞琪.“階梯疊”鐵心變壓器降低空載損耗和噪聲的探討[J].變壓器,1998（2）：13-16.

[2] 新日本制鐵株式會社.電力變壓器用鐵心材料Hi-B取向硅鋼[Z],1994.