溪洛渡主變壓器型式選擇

楊 紅，溫鳳香

（中國水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川 成都 610072）

1 概 況

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣境內(nèi)，上接白鶴灘電站尾水，下與向家壩電站水庫相接。溪洛渡水電站是金沙江下游的一座巨型電站，以發(fā)電為主，兼有攔沙、防洪、改善下游航運(yùn)條件等綜合效益。電站裝機(jī)18臺(tái)（左、右岸廠房各9臺(tái)），單機(jī)容量770 MW，年平均發(fā)電量572億kW·h。預(yù)計(jì)2012年上半年首臺(tái)機(jī)組安裝完成，2013年6月底首批機(jī)組發(fā)電。

2 電氣主接線

溪洛渡電站左、右岸的電氣主接線為：發(fā)電機(jī)與變壓器的組合方式為單元接線；裝設(shè)發(fā)電機(jī)出口斷路器；500 kV側(cè)為4/3接線和3/2接線，左岸電站共3回出線送往國家電網(wǎng)，右岸共4回出線，其中3回送南方電網(wǎng)，1回送云南電網(wǎng)。

3 主變壓器型式選擇

由于溪洛渡電站發(fā)電機(jī)－變壓器組合方式為單元接線，主變壓器的額定容量應(yīng)與發(fā)電機(jī)最大容量855.6 MV·A相匹配。根據(jù)電站的運(yùn)輸條件，不可能采用常規(guī)三相變壓器，主變壓器型式只有3種可供選擇：單相變壓器組、組合式三相變壓器和現(xiàn)場組裝三相變壓器。近幾年國內(nèi)龍灘、拉西瓦、瀑布溝等一批大型水電站的建設(shè)，使變壓器制造廠的500 kV大容量變壓器設(shè)計(jì)、制造水平有較大提高，安裝經(jīng)驗(yàn)也更加豐富。所以有必要對(duì)這三種型式的主變壓器進(jìn)行技術(shù)分析和經(jīng)濟(jì)比較，為電站選擇技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的主變壓器型式。

3.13種變壓器型式簡介

單相變壓器組方案由3臺(tái)普通單相變壓器通過IPB在外部Δ連接成三相。組合式三相變壓器是設(shè)計(jì)及制造經(jīng)驗(yàn)較成熟、應(yīng)用較廣的3臺(tái)特殊結(jié)構(gòu)單相變壓器組合方案。其組合方式為各相采用單獨(dú)的油箱，僅用引線管道將3臺(tái)單相變壓器連成一體，即相當(dāng)于將3臺(tái)獨(dú)立的單相變壓器的油路和電路連接在一起。

現(xiàn)場組裝三相變壓器又稱解體運(yùn)輸變壓器，這種變壓器在現(xiàn)場組裝后從外形上看與普通三相變壓器相同，但由于運(yùn)輸條件的限制，變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)做成可拆卸的若干部分，運(yùn)輸時(shí)各部分分別運(yùn)輸，在現(xiàn)場再組裝成整體。

3.2 技術(shù)比較

1）設(shè)計(jì)制造難度

單相變壓器有成熟的經(jīng)驗(yàn)，不存在設(shè)計(jì)制造難度。

組合式三相變壓器的設(shè)計(jì)和制造難度比單相變壓器大。由于組合式三相變壓器是在現(xiàn)場用引線連接管道或共同的上節(jié)油箱將3個(gè)單相變壓器組成一體，變壓器低壓側(cè)的三角形連接在共用油箱中形成，3個(gè)單相的高壓側(cè)繞組的x，y，z端在共用油箱中形成中性點(diǎn)引出箱體。使得組合式三相變壓器在設(shè)計(jì)、制造上有其特殊性。制造廠需對(duì)母線連接箱及引線周圍部件的電磁屏蔽措施、母線連接箱的冷卻方式、油循環(huán)方式、三相連接處的結(jié)構(gòu)、三相共用底座、變壓器安裝及尺寸控制等方面予以足夠的重視，并采取行之有效的措施。

現(xiàn)場組裝三相變壓器是將變壓器分解成U型鐵芯、線圈、上部油箱、中間油箱、下部油箱等主要部分；運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場后將在具備和工廠一樣的管理水平的雙層防塵室內(nèi)進(jìn)行器身裝配、引線連接真空注油以及一系列現(xiàn)場試驗(yàn)項(xiàng)目，然后投入運(yùn)行。一般認(rèn)為，采用現(xiàn)場組裝三相變壓器的主要問題是其對(duì)現(xiàn)場組裝環(huán)境條件的要求較高，工藝較復(fù)雜，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)比單相變壓器組或組合式三相變壓器大，且500 kV現(xiàn)場組裝三相變壓器在國內(nèi)的大型水電站業(yè)績較少。

2）設(shè)備的可靠性和安全性

單相變壓器組由3臺(tái)單相變壓器組成，3臺(tái)變壓器分別布置在單獨(dú)房間內(nèi)，油路完全分開，低壓引線在變壓器外部形成低壓△連接，再與發(fā)電機(jī)離相封閉母線相連，變壓器三相是完全隔離開的，變壓器低壓側(cè)發(fā)生二相或三相短路很低且不會(huì)因任一相高壓套管的故障影響其它兩相；而組合式三相變壓器和現(xiàn)場組裝三相變壓器是在母線連接箱內(nèi)部形成△連接，用3只套管引出與發(fā)電機(jī)母線相連，變壓器的油路和電路均相通，在相間連接處存在著二相或三相短路的可能性且高壓套管的故障可能通過油路傳到其它兩相。

單相變壓器與組合式三相變壓器的運(yùn)輸方式相同，在現(xiàn)場僅需安裝套管、冷卻器及三相連接結(jié)構(gòu)等附件?，F(xiàn)場組裝變壓器運(yùn)到現(xiàn)場后安裝時(shí)繞組暴露時(shí)間相對(duì)較長。通常制造廠的組裝工藝均將暴露在空氣中的時(shí)間嚴(yán)格限制在允許的范圍內(nèi)。以目前已運(yùn)行的現(xiàn)場組裝三相變壓器看，這種變壓器的質(zhì)量也是能保證的。

3）備用相

關(guān)于備用相的設(shè)置，DL/T 5186-2004《水力發(fā)電廠機(jī)電設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：“采用單相變壓器組的水電廠，年利用小時(shí)數(shù)在4000 h及以上，且設(shè)有4組及以上相同容量的單相變壓器組可設(shè)置1臺(tái)備用相?！睂?duì)于組合式三相變壓器或現(xiàn)場組裝變壓器是否設(shè)置備用相，無相關(guān)的規(guī)定。

實(shí)際工程中，對(duì)于500 kV單相變壓器，國內(nèi)已投運(yùn)的電站大型電站如二灘水電站、天荒坪電站及正在建設(shè)的拉西瓦水電站等，均設(shè)置了備用相；對(duì)于500 kV組合式三相變壓器，國內(nèi)在建的龍灘水電站 (7臺(tái)套500 kV，780 MV·A變壓器)、瀑布溝水電站(6臺(tái)套500 kV，667 MV·A變壓器)均未設(shè)置備用相。

該電站左右兩岸廠房各裝機(jī)9臺(tái)，采用單相變壓器組或組合三相變壓器，都各有27相，兩岸共54相。根據(jù)可靠性計(jì)算認(rèn)為有必要設(shè)置備用相或備用變壓器。采用現(xiàn)場組裝變壓器只能設(shè)置備用變壓器，布置在主變洞內(nèi)。

現(xiàn)場組裝三相變壓器的備用變壓器更換簡單，只需將故障變壓器退出，將備用變壓器就位即可。單相變壓器組的備用相更換較組合三相變壓器方便，只需要將高、低壓側(cè)連接處拆開移出故障相，將備用相安裝就位重新連接好高、低壓側(cè)，并作相應(yīng)試驗(yàn)即可。而組合三相變壓器更換備用相除作上述工作外，還必須排出部分組合三相變壓器的變壓器油、拆下共用油系統(tǒng)的所有管路、移出故障相，然后將備用相安裝就位，連接好油路，更換故障相的時(shí)間較長。

3.3 經(jīng)濟(jì)比較

與單相變壓器相比，組合式三相變壓器或現(xiàn)場組裝三相變壓器大大縮小變壓器的占地面積，減小土建投資。且組合式三相變壓器或現(xiàn)場組裝三相變壓器有利于大電流離相封閉母線的布置連接，可以縮短母線長度、降低母線投資和電能損耗。對(duì)于同一變壓器制造廠而言，同容量單相變壓器組、組合式三相變壓器和現(xiàn)場組裝三相變壓器，若單相變壓器組的價(jià)格為1，組合變壓器的價(jià)格為92%～95%，現(xiàn)場組裝變壓器的價(jià)格為85%～90%。但因不同變壓器廠的價(jià)格差異，實(shí)際3種變壓器的價(jià)格差異并不大?？紤]備用后三者的設(shè)備投資見表1。

表1 變壓器設(shè)備價(jià)格表

3.4 推薦方案

組合三相變壓器和單相變壓器組均能滿足該電站安全可靠運(yùn)行的要求，但組合三相變壓器投資較省，可降低母線投資和電能損耗。組合三相變壓器占地面積小，布置合理。組合三相變壓器比單相變壓器組在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上都合理。為保證溪洛渡電站的工程質(zhì)量、工期和安全可靠運(yùn)行，該工程不宜推薦采用現(xiàn)場組裝三相變壓器。所以推薦溪洛渡水電站的主變壓器型式為組合三相變壓器

4 主變壓器的主要技術(shù)參數(shù)

溪洛渡電站主變壓器采用公開招標(biāo)，最終由特變電工衡陽變壓器有限公司和保定天威保變電氣股份有限公司中標(biāo)，主變壓器的主要技術(shù)參數(shù)如下：

組合式三相變壓器：額定容量為860 MV·A；額定頻率為50 Hz；額定變比為550－2×2.5%/20 kV；阻抗電壓為不小于16%；冷卻方式為ODWF；聯(lián)結(jié)組別為YN.d11。

高壓側(cè)絕緣水平：雷電沖擊絕緣水平（BIL）全波為1550 kV；截波為1675 kV；操作沖擊絕緣水平（SIL）為1175 kV；1 min工頻耐受電壓為680 kV。

中性點(diǎn)絕緣水平：雷電沖擊絕緣水平（BIL）為185 kV；1 min工頻耐受電壓為85 kV。

低壓側(cè)絕緣水平：雷電沖擊絕緣水平（BIL）。

全波為125 kV；截波為140 kV；1 min工頻耐受電壓為55 kV。

低壓側(cè)進(jìn)線方式：接離相封閉母線。

高壓側(cè)出線方式：接GIS。

中性點(diǎn)接地方式：直接接地。