主變壓器布置及選型優(yōu)化專題報(bào)告

摘 要：本文根據(jù)我國國內(nèi)現(xiàn)有百萬級機(jī)組電廠的主變壓器選擇情況和國外百萬級機(jī)組電廠的主變壓器配套情況，及國內(nèi)、外大型變壓器廠家生產(chǎn)能力和供貨業(yè)績，對變壓器的幾種形式的性能、價(jià)格、占地面積、運(yùn)輸、檢修維護(hù)等做了比較，同時(shí)結(jié)合新疆華電哈密葉子泉煤電一體化電廠工程的具體情況，詳細(xì)分析論證了本工程主變壓器的選擇方案，做到技術(shù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。

關(guān)鍵詞：變壓器；布置；選型優(yōu)化；

中圖分類號：TV734 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-07-00-02

一、工程概述

本期工程擬建設(shè)2×1000MW超超臨界燃煤空冷發(fā)電機(jī)組，同步建設(shè)煙氣脫硫、脫硝裝置，考慮再擴(kuò)建條件。本工程的建設(shè)可以與國家電網(wǎng)公司跨區(qū)、跨省送電相結(jié)合，作為外送電源實(shí)現(xiàn)電力跨大區(qū)外送。

本項(xiàng)目可行性研究報(bào)告已于2011年6月經(jīng)過預(yù)審查。審查意見對本工程廠址提出了不同意見。經(jīng)答疑澄清和現(xiàn)場溝通，現(xiàn)階段本工程投標(biāo)的依據(jù)仍然為西北院在可研報(bào)告中提出的廠址條件，即西北廠址。

二、國內(nèi)外設(shè)備生產(chǎn)情況

從目前國內(nèi)變壓器制造廠家來看，有能力提供針對百萬千瓦級發(fā)電機(jī)組的大容量、高電壓變壓器的制造廠家有特變電工沈陽變壓器有限責(zé)任公司（簡稱沈變）、保定天威保變電氣股份有限公司（簡稱保變）、西安西電變壓器有限責(zé)任公司（簡稱西變）等幾家。上述公司均有能力生產(chǎn)400MVA/750kV等級的單相變壓器，可滿足百萬千瓦級發(fā)電機(jī)組的主變壓器的要求。雖然這幾個(gè)廠家均表示完全有能力制造更大容量的，可以滿足百萬千瓦級發(fā)電機(jī)組的三相主變壓器，但只有沈變實(shí)際生產(chǎn)過1140MVA，750kV等級的三相一體變壓器：湖北電力公司荊門變電站，青海電力公司西寧變電站（屬國網(wǎng)特高壓項(xiàng)目）。

日本的大型變壓器生產(chǎn)廠商很多年前已開始提供百萬等級三相一體的大型變壓器，如日本東芝公司1973年開始生產(chǎn)并提供超過1060MVA的大型三相一體變壓器，1996年為Kashiwazaki提供了一臺1450MVA的三相一體變壓器，由于其生產(chǎn)基地在港口附近，可通過海運(yùn)到瀕海工程目的地，至今已為日本國內(nèi)提供了十八臺1060MVA及以上的大容量三相一體式變壓器。而日本三菱公司也在1975年就有提供1100MVA的大型三相一體變壓器的業(yè)績，最大一臺大型三相一體變壓器是2003年供給日本濱岡發(fā)電廠主變壓器，容量達(dá)到1510MVA，至今已為日本國內(nèi)提供了十五臺1050MVA及以上的大容量三相一體式變壓器。另外根據(jù)了解日立公司也同樣具有同等容量三相一體式變壓器的生產(chǎn)能力。目前日本的百萬千瓦級電廠均是選用三相一體的大型變壓器，沒有選用三單相變壓器組的實(shí)例。

三、變壓器容量的選擇及型式

根據(jù)DL 5000-2000《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)程》第13.1.5條：“容量為200MW及以上的發(fā)電機(jī)與主變壓器為單元連接時(shí)，該變壓器的容量可按發(fā)電機(jī)的最大連續(xù)容量扣除一臺廠用工作變壓器的計(jì)算負(fù)荷和變壓器繞組的平均溫升在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度或冷卻水溫度下不超過65℃的條件進(jìn)行選擇?！倍鶕?jù)國內(nèi)三大動力制造商的制造能力來看，國內(nèi)百萬千瓦級機(jī)組的最大連續(xù)容量約為1174.7 MVA（上海汽輪發(fā)電機(jī)有限公司）/1159 MVA（東方電機(jī)股份有限公司）/1176.7 MVA（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司），根據(jù)上述條件計(jì)算，并考慮扣除5%左右的廠用電，百萬千瓦級機(jī)組的主變壓器容量約需1140MVA。

上述大容量的變壓器，根據(jù)DL 5000-2000《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)程》第13.1.3條：“與容量為600MW機(jī)組單元連接的主變壓器應(yīng)綜合運(yùn)輸和制造，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較可采用單相或三相變壓器。”而規(guī)范對于1000MW機(jī)組的主變壓器選擇沒有專門的規(guī)定，在實(shí)際工程中，我們可參照使用該條文。因此，對于百萬千瓦級發(fā)電機(jī)組的主變壓器可采用容量為3x380MVA左右的三單相變壓器組或容量為1140MVA左右的三相一體變壓器。

因此，1000MW機(jī)組配套國產(chǎn)1140MVA主變壓器是合適的。許多資料中也表明了這種觀點(diǎn)，因此對1000MW發(fā)電機(jī)組匹配變壓器的容量本專題不再詳細(xì)敘述了，即按照配1140MVA主變壓器考慮。

1000MW機(jī)組主變壓器主要有兩種型式：三相一體變壓器和三單相變壓器組。按照二十一世紀(jì)示范電廠的設(shè)計(jì)思路，在采用三單相變壓器組方案時(shí)，不設(shè)備用相。

根據(jù)DL 5000-2000《火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)程》第13.1.3條：“……當(dāng)選用單相變壓器組時(shí)，應(yīng)按所連接電力系統(tǒng)和設(shè)備的條件，確定是否需要裝設(shè)備用相?！碑?dāng)百萬千瓦級機(jī)組工程選用三單相變壓器組后，如果設(shè)有備用相，當(dāng)一相故障后，可以用備用相代替故障相以縮短事故影響時(shí)間，提高供電可靠性。但在電廠正常運(yùn)行期間備用相僅作為備件，除非三單相變壓器組的某一相變壓器發(fā)生故障時(shí)，才會使用，其利用率相當(dāng)?shù)汀?/p>

隨著電網(wǎng)容量的不斷增大，系統(tǒng)備用率的不斷上升，一臺機(jī)組在電網(wǎng)中所占比重不斷下降，一臺機(jī)組的退出對系統(tǒng)的影響也越來越小。而單相變壓器的投資非常大，故可減少備用相的設(shè)置數(shù)量以降低工程投資。一般一個(gè)電廠的機(jī)組數(shù)量不大于2臺時(shí)，可不考慮設(shè)置備用相；若機(jī)組更多時(shí)，對同容量、變比與阻抗的單相變壓器組，一個(gè)電廠也僅需設(shè)置一臺備用相。本工程2臺機(jī)組時(shí)暫不考慮設(shè)置備用相，但4臺機(jī)組時(shí)可考慮設(shè)置1臺備用相。

對于1000MW機(jī)組應(yīng)選用三相一體還是三單相的主變壓器，一般從以下幾方面加以考慮：首先是初投資方面的比較，包括設(shè)備費(fèi)用的差別、布置上的差異、運(yùn)輸條件的影響；還要考慮運(yùn)行費(fèi)用及可靠性方面的因素。本工程兩臺1000MW機(jī)組，分別按采用兩臺三相一體主變壓器方案和六臺單相主變壓器方案作比較。下面對兩種型式主變壓器的主要技術(shù)條件、價(jià)格、運(yùn)輸和布置方式加以比較。

四、三相一體和三單相主變壓器的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

本工程兩臺1000MW機(jī)組，按主接線方案出線電壓為750kV。相應(yīng)地，主變壓器的型號為：三相變壓器750kV，型號為SFP-1140000/750；單相變壓器750kV，型號為DFP-380000/750。下面是這兩種變壓器的主要技術(shù)參數(shù)和報(bào)價(jià)。

三相和單相主變壓器的主要技術(shù)條件和價(jià)格

由上表可見，六臺單相主變壓器方案和兩臺三相主變壓器方案從設(shè)備初始購買費(fèi)（以沈變價(jià)格為基礎(chǔ)）：

六臺三單相變壓器價(jià)格 = 1300×6 =7800（萬元）

兩臺三相一體變壓器價(jià)格 = 2600×2 = 5200（萬元）

主變壓器單相方案為三相方案的7800/5200*100%=150%

單相變方案較三相變方案多7800-5200=2600（萬元）

五、主變壓器的運(yùn)輸能力

主變壓器無論是三相一體還是單相的，都屬于超重、超限貨物運(yùn)輸。變壓器在運(yùn)輸時(shí)都必須是充氮運(yùn)輸，需加裝充氮裝置。過大的加速度會造成變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損壞。從運(yùn)輸方式角度來說，根據(jù)變壓器的運(yùn)輸重量、運(yùn)輸尺寸、變壓器的型式及工程所在地的交通位置，可采用鐵路運(yùn)輸、公路運(yùn)輸兩種運(yùn)輸方式。

由于眾多的鐵路、公路橋梁不可能按多年通過一次的重達(dá)數(shù)百噸的大型設(shè)備的荷載為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，鐵路、公路的隧道/涵洞也不可能按多年通過一次的超高大型設(shè)備的高度為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此鐵路、公路運(yùn)輸受到鐵路橋梁通過能力和隧道/涵洞通過能力的限制。故鐵路、公路部門一般要求變壓器的運(yùn)輸重量在200t左右，公路和鐵路的運(yùn)輸限高均為5.5m。因此，采用單相變壓器運(yùn)輸不成問題，而采用三相變壓器將受運(yùn)輸重量和高度的限制，雖然采用水路運(yùn)輸對于無論何種型式的變壓器，其運(yùn)輸重量和運(yùn)輸尺寸都不會受到限制，但考慮到此電廠的地理位置，基本無法采用水路運(yùn)輸，故不推薦三相變壓器。

六、變壓器損耗比較

變壓器的空載損耗和短路損耗直接影響到變壓器運(yùn)行時(shí)的有功功率損耗，而短路阻抗和空載電流的大小將直接影響到變壓器運(yùn)行時(shí)的無功功率損耗。一般情況下，如果鐵芯、主磁柱截面、材質(zhì)相同，三單相變壓器組與三相一體變壓器的銅耗因線圈基本上變化不大，所以基本相同；鐵耗因磁路和鐵芯結(jié)構(gòu)不同變化較大，對于三相五柱式鐵芯，若其上下軛及邊柱截面分配合理，磁路連通，保證ABC三相磁通很好抵消，磁密均勻，則因其磁路較短，鐵耗較小，若其上下軛及邊柱截面分配不合理，甚至磁路不連通（有氣隙），因磁路中磁密不均勻，甚至發(fā)生畸變，含高次諧波，則鐵耗可能會大些。

七、結(jié)論

從變壓器的運(yùn)輸條件及綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析結(jié)果來看，三相主變壓器具有初投資少，占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，安裝維護(hù)較容易，年運(yùn)行費(fèi)用低，在技術(shù)上和初投資方面具有一定的優(yōu)勢；從可靠性來講，三相主變壓器比單相主變壓器的可靠性要高，由于運(yùn)輸條件的限制，單相主變壓器的訂貨和運(yùn)行業(yè)績遠(yuǎn)高于三相主變壓器，在可靠性上沒有可比性。但考慮到能夠生產(chǎn)本工程1140MVA三相一體主變壓器的供貨商只有沈陽變壓器廠有運(yùn)行業(yè)績，在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造和變壓器試驗(yàn)等方面經(jīng)驗(yàn)較少，對變壓器的散熱，以及變壓器的抗短路能力具有不確定性，技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)較大，主變壓器的結(jié)構(gòu)型式暫按單相變壓器組考慮，為了確保萬無一失，建議招標(biāo)方在變壓器招標(biāo)時(shí)，要求變壓器供貨廠家提供對本工程變壓器在技術(shù)方面所采取的具體措施，以及具體的運(yùn)輸組織方式和必要的安全措施情況，以供選擇。

考慮到本工程特殊的地理位置，對本工程主變壓器暫推薦采用三單相主變壓器。