1140 MVA三相一體主變選型及運(yùn)行實(shí)踐

楊軍寶，陳戌生，張為義，王昌文(.皖能銅陵發(fā)電有限公司，安徽 銅陵 440，. 中國(guó)電力建設(shè)工程咨詢公司，上海 0037)

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1140 MVA三相一體主變選型及運(yùn)行實(shí)踐

楊軍寶1，陳戌生2，張為義1，王昌文1
(1.皖能銅陵發(fā)電有限公司，安徽 銅陵 244012，2. 中國(guó)電力建設(shè)工程咨詢公司，上海 200137)

摘要：銅陵發(fā)電廠六期#5機(jī)組是安徽省首臺(tái)單機(jī)容量為1000MW的超超臨界發(fā)電機(jī)組，通過主變壓器升壓至500kV接入華東電網(wǎng)，該主變壓器為三相一體變壓器，在百萬機(jī)組選型中尚屬首次采用。三相一體變壓器在制造、布置、運(yùn)行中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，提高了供電的經(jīng)濟(jì)性及可靠性。但該變壓器在運(yùn)行初期也碰到了低壓側(cè)升高座溫度高的問題，經(jīng)多方分析處理，最終在檢修中解決了溫度高的問題，目前變壓器運(yùn)行狀況良好。

關(guān)鍵詞：發(fā)電廠；變壓器；三相一體；可靠性。

隨著大機(jī)組、超高壓電網(wǎng)的形成，百萬機(jī)組主變的選型是一項(xiàng)非常重要的工作，主變壓器的型式對(duì)電廠的初投資、安裝工作量、運(yùn)行費(fèi)用、檢修維護(hù)工作周期等都有直接的關(guān)系。主變壓器有三臺(tái)單相變(容量3×380 MVA)一臺(tái)三相變(容量1140 MVA)或兩臺(tái)半容量三相變(容量2×570 MVA)等多種方式可供選擇，本文根據(jù)國(guó)內(nèi)近年來各大型發(fā)電廠的主變選型經(jīng)驗(yàn)并依據(jù)皖能銅陵電廠工程的實(shí)際情況對(duì)主變選型進(jìn)行優(yōu)化論證，并對(duì)運(yùn)行中遇到的問題提出可行的解決方案。

1　工程簡(jiǎn)介

銅陵發(fā)電廠六期#5機(jī)組是安徽省首臺(tái)單機(jī)容量1000 MW的超超臨界發(fā)電機(jī)組，六期#5機(jī)組采用發(fā)電機(jī)-變壓器-線路組接線接入500 kV官山變電站。主變壓器采用三相一體主變壓器，為全國(guó)百萬機(jī)組中首次采用。在銅陵發(fā)電廠之前在建或投運(yùn)的1000 MW機(jī)組工程，均采用單相變，有的工程主變還是進(jìn)口設(shè)備，有的還設(shè)置了備用相。在銅陵發(fā)電廠六期工程中由于皖能集團(tuán)和銅陵發(fā)電廠的大力支持，并在以設(shè)計(jì)單位為龍頭的總承包體制下，突破了這一技術(shù)創(chuàng)新。在全國(guó)1000 MW機(jī)組上首次采用了三相一體主變，為國(guó)家節(jié)省了大量資金，并提高了工程質(zhì)量及運(yùn)行可靠性。在銅陵工程之后國(guó)內(nèi)的1000 MW機(jī)組，只要在運(yùn)輸上無問題，就基本都采用三相一體主變，實(shí)現(xiàn)了與國(guó)際接軌。銅陵三相一體主變壓器在制造、布置、運(yùn)行中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但是運(yùn)行初期亦碰到了溫度高的問題，后期在機(jī)組檢修過程中得到了有效的處理。

2　技術(shù)比較

按火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程(DL 5000 -2000)要求：對(duì)于600 MW及以上發(fā)電機(jī)組主變壓器的選擇應(yīng)綜合考慮運(yùn)輸和制造條件，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，可采用單相或三相變壓器。

主變壓器在技術(shù)上的比較，主要考慮以下因素：運(yùn)輸條件的限制、制造的可能性、布置安裝的可行性、低壓側(cè)封閉母線的布置及長(zhǎng)度等。

從運(yùn)輸條件的限制方面看，銅陵發(fā)電廠廠址西距長(zhǎng)江約1.5 km，位于安徽省銅陵市西南方向約7.5 km的橫港工業(yè)區(qū)，水運(yùn)、陸路條件良好。廠址對(duì)外公路交通十分方便，運(yùn)輸條件較好。因此三臺(tái)單相變(容量3×380 MVA)，兩臺(tái)半容量三相變(容量2×570 MVA)或一臺(tái)三相變(容量1140 MVA)均可滿足運(yùn)輸要求。國(guó)內(nèi)幾家大變壓器廠的三相百萬主變生產(chǎn)及運(yùn)輸情況如下。

2.1常州東芝

可生產(chǎn)1140 MVA/500 kV三相一體變壓器，在國(guó)外已有百萬主變業(yè)績(jī)。且能提供承受短路能力的計(jì)算書，并經(jīng)受了國(guó)外驗(yàn)證機(jī)構(gòu)的短路強(qiáng)度試驗(yàn)。常州東芝至電廠的運(yùn)輸方案如下：

(1)運(yùn)輸數(shù)據(jù)

主體運(yùn)輸重量： 約500 t×1臺(tái)(充空氣)

主體運(yùn)輸裝車尺寸：

長(zhǎng)×寬×高= 13.4×7.2×7.5 m

(2)運(yùn)輸路線

常州東芝公路短駁，平板車 → 常州東芝重型碼頭，重型吊機(jī) → 起吊上船，1000T駁船 →京杭大運(yùn)河 → 長(zhǎng)江→ 銅陵電廠碼頭，浮吊上岸→ 平板車短駁至安裝現(xiàn)場(chǎng)，上基礎(chǔ)。

2.2保定天威保變電氣股份有限公司

該公司的三相變壓器有國(guó)家變壓器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的短路承受能力試驗(yàn)合格證號(hào)。設(shè)備至現(xiàn)場(chǎng)也可以采用水路陸路聯(lián)合運(yùn)輸，保定天威保變電氣股份有限公司至電廠的運(yùn)輸方案如下：

(1)運(yùn)輸數(shù)據(jù)

主體運(yùn)輸重量： 約457.0 t×1臺(tái)(充氮)

主體運(yùn)輸裝車尺寸：

長(zhǎng)×寬×高= 12.5×4.1×5.0 m

(2)運(yùn)輸路線

變壓器主體由天威秦皇島出?？谏a(chǎn)基地經(jīng)哈動(dòng)力碼頭上船海運(yùn)，貨輪抵達(dá)上海港后轉(zhuǎn)長(zhǎng)江駁船，經(jīng)過長(zhǎng)江內(nèi)陸水運(yùn)抵達(dá)銅陵碼頭卸船，經(jīng)銅陵碼頭轉(zhuǎn)公路運(yùn)輸?shù)诌_(dá)電廠施工現(xiàn)場(chǎng)。

2.3西安西電變壓器有限責(zé)任公司

該公司的三相變壓器有國(guó)家變壓器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的短路承受能力試驗(yàn)合格證號(hào)。設(shè)備至現(xiàn)場(chǎng)采用全高速公路運(yùn)輸，西安西電變壓器有限責(zé)任公司至電廠的運(yùn)輸方案如下：

(1)運(yùn)輸數(shù)據(jù)

主體運(yùn)輸重量： 約396 t×1臺(tái)(充氮)

主體運(yùn)輸裝車尺寸：

長(zhǎng)×寬×高= 10.35×4.01×4.771 m

(2)運(yùn)輸路線

西安→潼關(guān)(連霍高速)→洛陽(連霍高速)→平頂山(南洛高速)→漯河(南洛高速)→蚌埠(南洛高速)→合肥(徐合高速)→銅陵(合銅高速)→銅陵電廠

從制造的可能性看，三臺(tái)單相變(容量3×380 MVA)作為主變壓器方案已在國(guó)內(nèi)1000 MW機(jī)組中成功實(shí)施，具有成功經(jīng)驗(yàn)，國(guó)內(nèi)能夠自行生產(chǎn)，無需進(jìn)口。兩臺(tái)半容量三相變(容量2×570 MVA)作為主變壓器方案，變壓器完全可以國(guó)內(nèi)自行生產(chǎn)，但作為主變壓器方案國(guó)內(nèi)目前尚無成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，兩臺(tái)半容量三相變?nèi)绻谥圃焐先f一發(fā)生有阻抗誤差，即一臺(tái)主變發(fā)生正誤差，另一臺(tái)主變發(fā)生負(fù)誤差，則在兩臺(tái)主變中將產(chǎn)生環(huán)流，這也是其可能產(chǎn)生的缺點(diǎn)。一臺(tái)三相變(容量1140 MVA)容量偏大，但國(guó)內(nèi)幾大變壓器廠對(duì)生產(chǎn)1000 MW機(jī)組用的1140 MVA三相主變已具備相應(yīng)的工藝制造能力，有的廠已全套引進(jìn)國(guó)外的制造技術(shù)，并已為三峽工程生產(chǎn)過配750 MW機(jī)組的840 MWA三相主變，并已經(jīng)投入運(yùn)行多年，因此已具備了制造1000 MW機(jī)組三相主變的技術(shù)基礎(chǔ)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。但是由于沒有工程訂貨因此尚無業(yè)績(jī)。常州東芝，西變，保變百萬三相一體主變的制造運(yùn)輸情況比較見表1。

表1　運(yùn)輸方案

從表1中可知保變運(yùn)輸方案最為可行，廠內(nèi)起吊設(shè)施及600t氣墊運(yùn)輸車等都具備較好運(yùn)輸條件；常州東芝的重型碼頭還需擴(kuò)建，廠內(nèi)行車起吊重量也不夠，需要做一些設(shè)備改進(jìn)方可生產(chǎn)百萬主變，但是東芝在國(guó)外已有百萬主變業(yè)績(jī)，以及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，在制造技術(shù)上是有保證的；西變公路運(yùn)輸需對(duì)收費(fèi)站的超寬車道拓寬或拆移收費(fèi)亭，個(gè)別路段還需要修繕。

從布置安裝的角度看，三臺(tái)單相變(容量3×380 MVA)作為主變壓器方案占地面積大，高壓側(cè)出線困難(變壓器占地面積大概40.6 m×10 m)，雖然在主廠房A排外可以布置下，高壓側(cè)出線也可以實(shí)現(xiàn)，在國(guó)內(nèi)1000 MW機(jī)組中成功實(shí)施，具有成功經(jīng)驗(yàn)，但是主變低壓側(cè)和中性點(diǎn)接線復(fù)雜，低壓側(cè)需要使用封閉母線實(shí)現(xiàn)Δ連接，高壓側(cè)中性點(diǎn)也需要使用外部管形母線星接，在發(fā)電機(jī)-變壓器回路中增加了故障點(diǎn)，對(duì)于機(jī)組可靠運(yùn)行帶來一定的風(fēng)險(xiǎn)。兩臺(tái)半容量三相變(容量2×570 MVA)作為主變壓器方案，由于高壓側(cè)出線需做匯流母線使A排外布置緊張，同時(shí)500 kV出線復(fù)雜，增加了事故幾率。并且兩臺(tái)半容量三相變(容量2×570 MVA)作為主變壓器方案在國(guó)內(nèi)1000 MW機(jī)組中目前尚無成功應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。一臺(tái)三相變(容量1140 MVA)作為主變壓器方案在布置上明顯優(yōu)于前兩種方案，高低壓側(cè)引出線也很容易，在制造和運(yùn)輸可行的前提下，采用三相一體主變是最為可靠和經(jīng)濟(jì)的方案。

從變壓器低壓側(cè)封閉母線的布置及長(zhǎng)度的角度看，采用三臺(tái)單相變(容量3×380 MVA)作為主變壓器方案由于變壓器低壓側(cè)需要采用封閉母線連接，因此封母長(zhǎng)度較后兩種方案多。主變的土方量和設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本均高于三相一體變壓器方案。

3　經(jīng)濟(jì)比較

對(duì)三種變壓器布置方案的經(jīng)濟(jì)比較見表2(年運(yùn)行小時(shí)數(shù)按5000 h考慮)。

表2　方案經(jīng)濟(jì)比較

從以上比較可以看出，采用三相變方案價(jià)格的初期投資及運(yùn)行成本最為節(jié)約。

4　運(yùn)行中中遇到問題及解決辦法

4.1低壓側(cè)升高座溫度高

SFP - 1140 MVA/500 kV主變投運(yùn)后，在機(jī)組夏季滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，低壓側(cè)升高座溫度偏高，過熱區(qū)域主要集中在低壓B相套管的封閉母線法蘭處，法蘭過熱區(qū)域主要集中在A、B兩片區(qū)域，區(qū)域最熱點(diǎn)溫度可達(dá)約130℃。

4.2原因分析

大型汽輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)引出線回路均采用全連式分相封閉母線，主變低壓側(cè)、發(fā)電機(jī)側(cè)封閉母線短路排之間構(gòu)成回路，主變低壓側(cè)導(dǎo)體與封閉母線外殼之間恰似一臺(tái)變比為1:1的空氣芯變壓器。當(dāng)導(dǎo)體通電時(shí)，外殼上產(chǎn)生一個(gè)反方向的感應(yīng)電流。電廠主變低壓與封閉母線連接處連接詳圖見圖1。

圖1　1140 MVA三相一體主變低壓側(cè)連接

當(dāng)機(jī)組投運(yùn)后，封閉母線發(fā)電機(jī)側(cè)與主變側(cè)的短路板使外殼電流能夠流通，從而將導(dǎo)體電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)屏蔽，在A、B相之間的短路板及B、C相之間的短路板中雖有電流，其磁場(chǎng)不會(huì)在B相上產(chǎn)生渦流。導(dǎo)致發(fā)熱的主要原因是封閉母線在主變側(cè)短路板與升高座法蘭盤之間這一段封閉母線外殼沒有構(gòu)成環(huán)流，也即這一段導(dǎo)體電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)沒有經(jīng)過外殼環(huán)流的屏蔽。因此A、C相導(dǎo)體電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)都會(huì)匝連穿過B相的外殼，對(duì)B相封母最后一段鋁筒產(chǎn)生影響，且影響效果是疊加的，因此在B相鋁筒處將產(chǎn)生疊加的磁場(chǎng)。因此在B相外殼的正反兩面就感應(yīng)產(chǎn)生渦流，見圖2，此渦流流經(jīng)法蘭螺栓處，由于電阻的增加就會(huì)產(chǎn)生過熱，正是因?yàn)榇藴u流直接導(dǎo)致了主變低壓法蘭面的過熱，并且主變低壓B相的法蘭也比A、C相熱，導(dǎo)致夏季主變滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)升高座A、B兩片區(qū)域超溫。

圖2　1140 MVA三相一體主變運(yùn)行低壓側(cè)電流分析

4.3 解決辦法

將升高座上封閉母線法蘭表面增開若干條隔磁槽，對(duì)槽口采用環(huán)氧膠水封堵，減小渦流發(fā)熱。

圖3　1140 MVA三相一體主變低壓側(cè)改造措施

將封閉母線主變側(cè)短路排與主變低壓側(cè)升高座法蘭盤位置適當(dāng)調(diào)整，封閉母線最后一段鋁筒離短路排越近，主變低壓法蘭面溫升越小。

5　結(jié)論

通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后，百萬機(jī)組主變壓器采用三相一體變壓器從造價(jià)、布置、安全運(yùn)行等方面優(yōu)勢(shì)明顯，另外總損耗方面三相一體變壓器比三個(gè)單相變壓器小約300 kW，年節(jié)約廠用電約150萬kWh，按0.43元/kWh計(jì)算，年節(jié)約約65萬元成本。經(jīng)濟(jì)效益也相當(dāng)可觀；

通過對(duì)主變低壓側(cè)溫度高的分析處理，處理后的主變低壓側(cè)溫度下降明顯，夏季高負(fù)荷最高溫度降至90℃以內(nèi)，達(dá)到較好的運(yùn)行效果。

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Type Selection of 1140 MVA Three-phase Main Transformer and Operation Practice

YANG Jun-bao1, CHEN Xu-sheng2, ZHANG Wei-yi1， WANG Chan-wen1
(1. Wenergy TongLing Power Generation Co.,Ltd., TongLing 244012，China; 2. China power construction engineering consulting Co.,Ltd., Shanghai 200137, China)

Abstract:No.5 unit of Tongling Power Plant Phase 6 is the first power generator unit with the capacity of 1000MW in Anhui Province. It access to East China power grid through the main transformer increasing to 500kV. The Main Transformer is a three-phase transformer which is first adopted in one million units. The three-phase transformer has obvious advantages in manufacturing, layout and operation, which improves the economy and reliability of power supply. But the transformer also encountered the low pressure side of a high temperature rising problem in the early operation. After the analysis, we finally solved the problem of high temperature in the maintenance. The transformer currently runs in good condition.

Key words:power Plant; transformer; three-phase; reliability.

中圖分類號(hào)：TM621

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1671-9913(2016)01-0044-05

* 收稿日期：2015-08-06

作者簡(jiǎn)介：楊軍寶(1980- )，男，工程師，主要從事發(fā)電廠電氣技術(shù)管理工作。