出口型ODFSZ-300000/500單相自耦變壓器結(jié)構(gòu)布置三種方案對比

廣州西門子變壓器有限公司 曾令寶

近年來，隨著越南經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越南的電力需求也隨之日益增加，與之相關(guān)的電力設(shè)備缺口巨大，根據(jù)越南政治局發(fā)布的關(guān)于《到2030年，遠(yuǎn)景2045年越南國家能源發(fā)展定向戰(zhàn)略》的55-NQ/TW號決議：2021～2030年階段，為確保電力行業(yè)發(fā)展需求每年投資資金需求約為120～130億美元。而變壓器是電力系統(tǒng)的核心部件，市場潛力巨大。

1 變壓器的產(chǎn)品信息

越南現(xiàn)有的電力工業(yè)體制是工業(yè)部管轄的越南國家電力集團(tuán)(EVN)，變壓器的需求主要是EVN下屬的輸變電公司，近幾年越南電網(wǎng)的變壓器類型逐漸標(biāo)準(zhǔn)化，大部分均是500kV單相三繞組自耦變壓器，變壓器的容量主要有200MVA、250MVA、300MVA等，不同容量的變壓器電壓等級、絕緣水平、冷卻方式、溫升限值相同，相同容量的變壓器損耗和阻抗會根據(jù)各變電站及線路的不同會略有差別。本文選取容量300MVA、其他參數(shù)均為標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)的變壓器來進(jìn)行說明。

變壓器基本參數(shù)：產(chǎn)品型號ODFSZ-300000/500，額定容量300/300/60MVA，額定電壓(500/±8×1.25%)/(225/)/35kV，冷 卻 方式ONAN/ONAF1/ONAF2，絕緣水平(LI/AC)HV1550/680kV、MV1050/460kV、LV180/75kV、HVN&MVN325/140kV，短路阻抗HVMV14.5%±7.5%，、HV-LV45%±10%、MVLV28%±10%，油面溫升55K，繞組溫升60K，空載損耗≤105kW，空載電流≤0.3%，負(fù)載損耗≤430kW，噪聲水平≤75dB(A)。

變壓器繞組的排列結(jié)構(gòu)[1]。變壓器繞組的排列由內(nèi)至外依次為低壓繞組(LV)、公共繞組(P)、調(diào)壓繞組(R)和串聯(lián)繞組上下部(S1和S2)。變壓器采用中壓首端調(diào)壓，9級19檔正反調(diào)，低壓首尾兩端引出。本文中所示圖例中字母代表涵義：A為高壓套管，Am為中壓套管，a,x為低壓套管，N為中性點套管，OLTC為有載調(diào)壓開關(guān)，AT為變壓器器身，TK為變壓器油箱，CS為變壓器儲油柜，RA為變壓器冷卻系統(tǒng)。

2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)布置對比

2.1 器身正放布置（結(jié)構(gòu)布置方案1）

圖1 變壓器繞組排列結(jié)構(gòu)

圖2 變壓器接線原理圖[2]

變壓器器身按照常規(guī)方式沿平行于變壓器油箱長軸放置；高壓套管布置于變壓器油箱一側(cè)正對器身位置，通過出線裝置與變壓器器身高壓繞組中部連接，有單獨(dú)的升高座安裝高壓出線裝置和高壓套管；有載分接開關(guān)放置于變壓器端部，中壓套管放置于有載分接開關(guān)旁邊，便于內(nèi)部引線的連接；低壓首尾兩端的套管放置于有載分接開關(guān)上側(cè)，與有載分接開關(guān)和中壓套管呈一條豎直線，減少有載分接開關(guān)放置于端部帶來的浪費(fèi)；中性點套管布置于高壓和中壓套管對側(cè)，低壓套管左側(cè)，保持足夠的電氣距離；散熱器和風(fēng)機(jī)組成的冷卻系統(tǒng)布置于變壓器油箱的一側(cè)、高壓套管兩側(cè)，盡量靠近變壓器器身中心位置，中間給高壓升高座留出安裝和檢修的空間即可；變壓器的儲油柜系統(tǒng)布置于高壓套管對側(cè)，中性點套管的左側(cè)，保持足夠的電氣距離。

該方案優(yōu)點：是大多數(shù)常規(guī)產(chǎn)品的布置，結(jié)構(gòu)規(guī)矩緊湊，不同容量和參數(shù)的同類型產(chǎn)品可以通過參數(shù)控制，快速實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計和修改；變壓器油箱為標(biāo)準(zhǔn)的矩形結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度載荷容易計算，加強(qiáng)筋及外掛附件有足夠的放置空間；散熱器和風(fēng)機(jī)布置于變壓器的同一側(cè)，儲油柜位于變壓器上方，使變壓器長度和寬度方向的總體尺寸大幅減小，節(jié)約變壓器安裝現(xiàn)場的用地和基礎(chǔ)的建造成本。

該方案缺點：高壓套管、高壓出線裝置和高壓升高座單獨(dú)引出，高壓出線裝置的結(jié)構(gòu)會比較復(fù)雜，增加設(shè)計和制作的成本。由于500kV套管的油中長度尺寸比較大，導(dǎo)致高壓升高座的高度也會比較高，需增加支撐以保證其機(jī)械強(qiáng)度，同時也會增加相應(yīng)的運(yùn)輸成本；中壓套管和有載分接開關(guān)端部布置會增加變壓器油箱內(nèi)部長度，導(dǎo)致注入的變壓器油體積增加，造成變壓器油箱的制作成本和變壓器油的成本增加；中壓套管和有載分接開關(guān)端部布置，使變壓器器身上公共繞組和調(diào)壓繞組的引出線與中壓套管及有載分接開關(guān)的連接距離較遠(yuǎn)，增加銅導(dǎo)線和導(dǎo)線夾持的增加。

圖3 變壓器結(jié)構(gòu)布置方案1

2.2 器身傾斜布置（結(jié)構(gòu)布置方案2）

變壓器器身與變壓器油箱長軸方向呈一定角度放置(通常在5～15°之間)；高壓套管布置于變壓器油箱的上部，放置于變壓器器身傾斜留出的一角空間。高壓套管油中部分長度深入變壓器油箱內(nèi)部，高壓出線裝置安裝于變壓器油箱內(nèi)部；有載分接開關(guān)和中壓套管布置于變壓器器身傾斜留出的另一角空間，有載分接開關(guān)緊挨變壓器器身布置，中壓套管緊挨有載分接開關(guān)布置；低壓首尾兩端的套管放置于有載分接開關(guān)上側(cè)，與中壓套管呈一條豎直線，減少有載分接開關(guān)放置于端部帶來的浪費(fèi)；中性點套管布置于變壓器器身的傾斜后的第三個角落，低壓套管上部，保持足夠的電氣距離；散熱器和風(fēng)機(jī)組成的冷卻系統(tǒng)布置于變壓器油箱的兩側(cè)，盡量靠近變壓器器身中心；變壓器的儲油柜系統(tǒng)布置于高壓套管對側(cè)，保持足夠的電氣距離。

隨著變壓器行業(yè)越來越激烈的競爭，各大變壓器廠在優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計、節(jié)省原材料成本等方面做著不懈的努力，器身傾斜放置是單相自耦三繞組500kV變壓器未來的一大趨勢，器身斜置使變壓器的兩個對角留出足夠的空間布置高壓套管、中壓套管和有載分接開關(guān)或無勵磁分接開關(guān)。

該方案優(yōu)點：器身傾斜布置，根據(jù)直角三角形邊長的計算原理，可大幅縮減變壓器油箱的長度和寬度，變壓器整體尺寸縮小，變壓器油箱及內(nèi)部的變壓器油均可有較大幅度的節(jié)省；高壓套管由變壓器油箱上部引出，高壓套管油中部分長度深入油箱內(nèi)部，整個高壓升高座尺寸可以大幅減小，不再需要額外的升高座支撐。高壓出線裝置可安裝于變壓器油箱內(nèi)部，高壓出線裝置的整體尺寸大幅縮減，制作成本大幅降低，高壓升高座的運(yùn)輸成本也會隨之下降；器身傾斜布置留出的另外一角空間正好用于有載分接開關(guān)和中壓套管的布置，同時有載分接開關(guān)緊挨變壓器器身布置，使變壓器器身上公共繞組和調(diào)壓繞組的引出線與中壓套管及有載分接開關(guān)的連接距離大幅縮減，甚至可直接將調(diào)壓線圈的引出線和有載分接開關(guān)相連，節(jié)省銅導(dǎo)線和導(dǎo)線加持的成本；由于低壓和中性點的絕緣水平較低，低壓套管和中性點套管放置位置的空間不需要太大，不會額外增加變壓器的尺寸。

該方案缺點：由于變壓器器身斜置使套管的布置更加緊湊、變壓器內(nèi)部整體尺寸的縮減以及儲油柜布置需要的空間，變壓器的冷卻系統(tǒng)通常很難只布置于變壓器油箱的一側(cè)，而需要在兩側(cè)都布置，這就大大增加了變壓器的總體寬度尺寸，在變壓器安裝現(xiàn)場的用地和基礎(chǔ)建設(shè)成本會增加，這一點通常是用戶非常看重的部分；變壓器器身斜置，在變壓器器身安裝就位于變壓器油箱內(nèi)部時需要各定位尺寸更加精準(zhǔn)，一旦有偏差會導(dǎo)致其他各尺寸隨之偏差。為保證變壓器器身固定可靠、保證運(yùn)輸時沖撞加速度的影響，器身的固定結(jié)構(gòu)必須比常規(guī)產(chǎn)品更加牢固；由于變壓器內(nèi)部尺寸大幅減小，安裝完畢后變壓器內(nèi)部剩余的空間會非常狹小，不利于檢查人員進(jìn)入變壓器油箱內(nèi)部檢查和操作。

圖4 變壓器結(jié)構(gòu)布置方案2

2.3 器身傾斜改良布置（結(jié)構(gòu)布置方案3）

變壓器器身與變壓器油箱長軸方向呈一定角度放置(通常在5～15°之間)；高壓套管布置于變壓器油箱一側(cè)正對器身位置，通過出線裝置與變壓器器身高壓繞組中部連接，有單獨(dú)的升高座安裝高壓出線裝置和高壓套管；有載分接開關(guān)布置于變壓器器身傾斜留出的一角空間；中性點套管布置于變壓器器身傾斜留出的另一角空間；中壓套管布置于遠(yuǎn)離高壓套管的一角空間，由于此角空間較小，中壓AC460kV較高，必須將此角空間加大或?qū)Ω邏禾坠軒щ姴糠诌M(jìn)行處理，才能保證中壓套管油中均壓球?qū)χ車饘偌碾姎饩嚯x；低壓首尾兩端的套管放置于有載分接開關(guān)和中壓套管豎直連線之間；散熱器和風(fēng)機(jī)組成的冷卻系統(tǒng)布置于高壓套管對側(cè)的油箱箱壁；變壓器的儲油柜系統(tǒng)布置于變壓器油箱短軸側(cè)右側(cè)，保持與高壓套管和中性點套管足夠的電氣距離。此方案純粹是為了滿足用戶的需求，在第二種方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改良，一方面使器身斜置結(jié)構(gòu)得以保留，另一方面能滿足用戶在套管出線和外形上的要求。

圖5 變壓器結(jié)構(gòu)布置方案3

該方案優(yōu)點：器身傾斜布置，根據(jù)直角三角形邊長的計算原理，可大幅縮減變壓器油箱的長度和寬度，變壓器整體尺寸縮小，變壓器油箱及內(nèi)部的變壓器油均可有較大幅度的節(jié)省；器身傾斜布置留出的兩角空間分布布置有載分接開關(guān)和中性點套管，而中壓套管布置于另一角，有載分接開關(guān)和調(diào)壓繞組的連線有比較充分的空間，不會由于空間太緊張而難以操作；散熱器和風(fēng)機(jī)布置于變壓器的對側(cè)，變壓器整體外形寬度介于方案一和方案二之間，可部分節(jié)約變壓器安裝現(xiàn)場的用地和基礎(chǔ)的建造成本；滿足用戶對各相套管的出線需求。

該方案缺點：由于高壓套管放置于變壓器油箱一側(cè)，儲油柜放置于短軸側(cè)，變壓器整體外形長度較方案二增加，整體外形寬度較方案一增加；變壓器器身斜置，在變壓器器身安裝就位于變壓器油箱內(nèi)部時需要各定位尺寸更加精準(zhǔn)，一旦有偏差會導(dǎo)致其他各尺寸隨之偏差。為保證變壓器器身固定可靠、保證運(yùn)輸時沖撞加速度的影響，器身的固定結(jié)構(gòu)必須比常規(guī)產(chǎn)品更加牢固；中壓套管布置的一角空間較小，而中壓套管電壓等級較高，較難處理中壓套管油中帶電部分對周圍金屬件的電氣距離；中壓套管與有載分接開關(guān)的連線會跨過低壓套管與低壓繞組的連線，需比較妥善的處理此處的各種連線；高壓套管、高壓出線裝置和高壓升高座單獨(dú)引出，高壓出線裝置的結(jié)構(gòu)會比較復(fù)雜，增加設(shè)計和制作的成本。由于500kV套管的油中長度尺寸比較大，導(dǎo)致高壓升高座的高度也會比較高，需要增加支撐以保證其機(jī)械強(qiáng)度，同時也會增加相應(yīng)的運(yùn)輸成本。

3 結(jié)語

500kV變壓器單相自耦變的結(jié)構(gòu)布置遠(yuǎn)不止此三種方案，本文僅通過三種方案的對比說明變壓器結(jié)構(gòu)布置的多樣性，如何在優(yōu)化縮減外形尺寸和重量、材料成本節(jié)省、廠內(nèi)制造便捷、運(yùn)輸穩(wěn)定、現(xiàn)場占地面積合理、安裝運(yùn)行和維護(hù)方便等各方面都做到平衡滿意，則需要變壓器設(shè)計人員繼續(xù)不斷努力。