大型現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器的應(yīng)用

印 鵬，周才洋，姚 雯

（中南電力設(shè)計(jì)院有限公司， 湖北　武漢 430071）

大型現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器的應(yīng)用

印 鵬，周才洋，姚 雯

（中南電力設(shè)計(jì)院有限公司， 湖北武漢 430071）

通過(guò)對(duì)大型現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、安裝條件、技術(shù)經(jīng)濟(jì)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)及運(yùn)行情況等幾個(gè)方面的分析比較，提出了大型現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器適用于受運(yùn)輸條件或占地面積受限的電廠或變電站的結(jié)論。

現(xiàn)場(chǎng)組裝式；變壓器；分解運(yùn)輸。

為了解決運(yùn)輸條件受限地區(qū)的大型變壓器的運(yùn)輸問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器應(yīng)運(yùn)而生，2007 年特變電工沈陽(yáng)變壓器集團(tuán)有限公司完成了中國(guó)首臺(tái)大型變壓器（型號(hào)：OSFPS-JT-370000/330）的解體運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)組裝。隨著我國(guó)電力工業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，大型現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器取得了快速的發(fā)展。經(jīng)調(diào)研，目前國(guó)內(nèi)特變電工、西變和保變均具備500～1000 kV現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)或成熟方案；常州東芝具備500～750 kV現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)；重慶ABB具備500 kV現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器的工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

1000kV特高壓自耦變壓器目前工程上尚無(wú)現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器，但按照國(guó)網(wǎng)特高壓工程后期規(guī)劃，目前特變電工、西變和保變均已具有1000 kV、1000 MVA和1500 MVA現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器的技術(shù)儲(chǔ)備，保變還完成了1000 kV、 1000 MVA現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器的樣機(jī)研制，常州東芝也計(jì)劃完成1000 kV現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器的樣機(jī)研制。國(guó)內(nèi)幾大變壓器生產(chǎn)企業(yè)已經(jīng)具備1000 MVA/500 kV大容量現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器的生產(chǎn)能力或產(chǎn)品業(yè)績(jī)。隨著應(yīng)用的日益成熟，這種兼具運(yùn)輸和三相一體式變壓器優(yōu)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器將更廣泛地應(yīng)用于受運(yùn)輸條件或占地面積限制的電廠或變電站，解決交通運(yùn)輸受限地區(qū)電力發(fā)展的需要。

1　組裝式變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器是為了解決大型變壓器的運(yùn)輸問(wèn)題而采用的一種結(jié)構(gòu)方式，其特點(diǎn)是在制造廠內(nèi)將通過(guò)全部試驗(yàn)的合格變壓器本體分解為鐵芯、繞組器身、油箱（根據(jù)需要分解成2～4部分）等幾大部件，以便分別運(yùn)輸。

1.1鐵芯

現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器的鐵芯采用三相五柱可拆卸式結(jié)構(gòu)，鐵芯的三個(gè)圓形心柱可從中間對(duì)半分開(kāi)，將鐵芯分解為4個(gè)獨(dú)立的“U”型鐵芯框，“U”型鐵芯框不鑲上鐵軛，配臨時(shí)上夾件。鐵芯的上夾件采用整體結(jié)構(gòu)，下夾件采用分框結(jié)構(gòu)。這種鐵芯的分框結(jié)構(gòu)正是現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器與常規(guī)的三相一體變壓器的主要區(qū)別，鐵芯分框結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

圖1　鐵芯分框結(jié)構(gòu)

1.2繞組和器身絕緣

全部繞組均采用半硬自粘換位銅導(dǎo)線繞制。高壓繞組為內(nèi)屏蔽連續(xù)式，低壓繞組為雙層U型螺旋式結(jié)構(gòu)。器身采用整體套裝結(jié)構(gòu)，器身絕緣結(jié)構(gòu)采用薄紙筒、小油隙結(jié)構(gòu)，根據(jù)程序計(jì)算，合理分配油道和油路的大小及流向，有效控制了油流帶電現(xiàn)象和死油區(qū)的產(chǎn)生；并按絕緣材料的特性對(duì)器身絕緣結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理布置，消除電場(chǎng)集中現(xiàn)象，控制最大電場(chǎng)強(qiáng)度，將局部放電降至最低。這部分的結(jié)構(gòu)與常規(guī)的三相一體變壓器相比并無(wú)太大區(qū)別。

1.3油箱及其他

油箱多采用箱式結(jié)構(gòu)，油箱內(nèi)壁采用銅屏蔽與磁屏蔽相結(jié)合的復(fù)合屏蔽形式，根據(jù)運(yùn)輸需要可將油箱分為上、下兩節(jié)（沈變、保變通常采用此種型式）或上、中、下三節(jié)（西變、東芝通常采用此種型式）。

其他外部布置及結(jié)構(gòu)（包括套管、冷卻器、儲(chǔ)油柜等）現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器與常規(guī)的三相一體變壓器幾乎完全相同。

2　組裝式變壓器的運(yùn)輸

現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器的運(yùn)輸是將試驗(yàn)的合格變壓器本體在制造廠內(nèi)合理地分解為幾個(gè)運(yùn)輸單元，控制每個(gè)運(yùn)輸單元的重量和尺寸以滿(mǎn)足正常鐵路或公路運(yùn)輸，到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后再現(xiàn)場(chǎng)組裝成三相一體變壓器。這樣通過(guò)分解運(yùn)輸能實(shí)現(xiàn)超大型變壓器的運(yùn)輸，降低變壓器運(yùn)輸費(fèi)用，使受運(yùn)輸條件或占地面積限制的電廠或變電站仍能采用三相一體的變壓器，減少了占地面積，實(shí)現(xiàn)總成本的降低。

2.1鐵芯的運(yùn)輸

鐵芯是變壓器器身的主要部件，也是變壓器最重的部件，占變壓器總重40%左右，是大型變壓器重量超重，運(yùn)輸困難的主要因素?，F(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器將三相五柱式的鐵芯，分解為4個(gè)獨(dú)立的鐵芯框，每個(gè)鐵芯框的重量將控制在100 t以?xún)?nèi)。鐵芯框運(yùn)輸時(shí)，需將鐵芯框在運(yùn)輸箱間定位并固定好，對(duì)運(yùn)輸箱進(jìn)行抽真空，滿(mǎn)足要求后充干燥空氣運(yùn)輸。當(dāng)鐵芯的高度超過(guò)限制高度時(shí)，待鐵心與運(yùn)輸箱完成固定后，將運(yùn)輸箱整體用300 t翻轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行放倒后再進(jìn)行運(yùn)輸。

2.2繞組的運(yùn)輸

每相繞組組裝成一個(gè)整體（包括絕緣件，上下鐵軛絕緣和外層圍屏），組裝好的繞組要用特制的運(yùn)輸油箱來(lái)運(yùn)輸。運(yùn)輸時(shí)，采用工裝將繞組、絕緣件、上下鐵軛絕緣和外層圍屏壓緊，將繞組加固并可靠固定，對(duì)運(yùn)輸箱進(jìn)行抽真空，滿(mǎn)足要求后充干燥空氣運(yùn)輸。

2.3油箱的運(yùn)輸

根據(jù)變壓器油箱的分節(jié)形式（上、下兩節(jié)或上、中、下三節(jié)）制造各節(jié)油箱臨時(shí)箱蓋，將需要放入各節(jié)油箱中運(yùn)輸?shù)慕^緣件、引線、整體上夾件等放入后，進(jìn)行壓緊及固定，保證運(yùn)輸中不會(huì)損傷變形后，各節(jié)油箱安裝箱蓋密封好。

對(duì)各節(jié)油箱進(jìn)行抽真空，滿(mǎn)足要求后充干燥空氣運(yùn)輸。

3　現(xiàn)場(chǎng)組裝

3.1流程

當(dāng)各個(gè)部件全部運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)，清點(diǎn)檢查確認(rèn)全部合格后，再進(jìn)行變壓器的現(xiàn)場(chǎng)組裝?，F(xiàn)場(chǎng)組裝變壓器需要在干燥的防塵工作間內(nèi)進(jìn)行。先將下節(jié)油箱定位，然后進(jìn)行鐵芯就位組裝、繞組器身套裝、組裝上鐵軛、聯(lián)接引線、油箱裝配，組裝好的變壓器經(jīng)過(guò)特殊的干燥處理后，可以與常規(guī)三相一體式變壓器一樣進(jìn)行附件安裝、注油處理、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收試驗(yàn)。

相比于整體變壓器，完成一臺(tái)合格的現(xiàn)場(chǎng)組裝變壓器增加了搭建防塵工作間和變壓器現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)部安裝兩個(gè)環(huán)節(jié)。其整體流程見(jiàn)圖2。

圖2　現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器整體流程

組裝完成后的變壓器的外部布置結(jié)構(gòu)（包括套管、冷卻器、儲(chǔ)油柜等）與常規(guī)的三相一體變壓器完全相同；從內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)看，兩者器身的整體結(jié)構(gòu)相同，器身上下定位及器身固定結(jié)構(gòu)相同；不同之處是組裝式變壓器鐵芯分成單獨(dú)的鐵芯框，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼裝，上夾件采用整體結(jié)構(gòu)，下夾件采用分框結(jié)構(gòu)，鐵芯框組合后整體強(qiáng)度與常規(guī)的三相一體變壓器相比無(wú)區(qū)別。

3.2條件

現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器現(xiàn)場(chǎng)安裝需要搭建防塵工作間，其搭建方式一般有兩種；一是在變壓器基礎(chǔ)上就地搭建防塵工作間，變壓器安裝完成即就位；二是在其他區(qū)域搭建防塵工作間，在安裝完成后由運(yùn)輸車(chē)將變壓器運(yùn)到變壓器區(qū)域就位。采用第一種安裝方式，避免了變壓器的二次搬運(yùn)，節(jié)省了時(shí)間和成本，在空間滿(mǎn)足防塵工作間搭建要求的情況下，一般采用此種安裝方式。

如果現(xiàn)場(chǎng)安裝兩臺(tái)或多臺(tái)變壓器，按照在變壓器基礎(chǔ)上就地搭建防塵工作間的方式，在場(chǎng)地滿(mǎn)足條件的情況下，只需將除塵工作間的長(zhǎng)度延長(zhǎng)即可，示意圖見(jiàn)圖3。

圖3　防塵工作間示意圖

變壓器在制造廠內(nèi)生產(chǎn)期間，即可開(kāi)始進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)防塵工作間的搭建。防塵工作間為模塊化設(shè)計(jì)，其尺寸大小需結(jié)合產(chǎn)品的吊高要求、最大吊裝重量等方面來(lái)考慮，其寬度主要由橋式吊車(chē)的跨度來(lái)決定。安裝75 t橋式吊車(chē)的廠房寬度約為13 m，安裝100 t橋式吊車(chē)的廠房寬度約為18 m，長(zhǎng)度按實(shí)際產(chǎn)能可延長(zhǎng)或縮短。

以某工程1000 MVA/500 kV現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器為例：

組裝過(guò)程中最高部件為鐵芯：4.1 m；最大外形尺寸為中節(jié)油箱（帶箱蓋）：長(zhǎng)×寬×高：12.36 m×4.88 m×3.85 m；最大吊裝重量54.3 t。

為滿(mǎn)足裝配時(shí)起吊需要，廠房?jī)?nèi)配備75/20 t橋式吊車(chē)，吊車(chē)軌距12 m。為滿(mǎn)足吊高和吊裝尺寸的要求，防塵工作間尺寸為30.5 m ×14.0 m×17.5 m（長(zhǎng)×寬×高），考慮組裝防塵工作間和公用系統(tǒng)機(jī)組占地等因素，臨時(shí)安裝場(chǎng)地的尺寸為46 m×18.4 m×19.5 m （長(zhǎng)×寬×高）。

防塵工作間的搭建周期約為20～30 d，現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器從安裝到實(shí)驗(yàn)結(jié)束約需一個(gè)月，但防塵工作間的搭建可在變壓器進(jìn)場(chǎng)之前搭建完成，比常規(guī)的三相一體式變壓器的安裝工期增加約30 d。

4　幾種型式變壓器的方案比較

以某工程為例，從技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性?xún)蓚€(gè)方面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器和三相一體式變壓器以及單相變壓器進(jìn)行比較。

4.1技術(shù)比較

技術(shù)性比較主要從空載損耗、負(fù)載損耗、最大運(yùn)輸重和占地面積等方面進(jìn)行比較，見(jiàn)表1。

表1　不同型式變壓器的技術(shù)比較

通過(guò)比較可以看出：

采用現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器的方案可以大幅減小運(yùn)輸重量和運(yùn)輸尺寸（但是油箱的運(yùn)輸尺寸變化不大），空載損耗與負(fù)載損耗和常規(guī)三相一體式變壓器一樣，比單相變壓器組的損耗低4.3%，占地面積小，與常規(guī)三相一體式變壓器基本相當(dāng)。但是現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器現(xiàn)場(chǎng)安裝環(huán)境要求高，需要由技術(shù)熟練的工作人員來(lái)完成，將增加現(xiàn)場(chǎng)安裝的工程量以及安裝時(shí)間（現(xiàn)場(chǎng)組裝時(shí)間約30 d），但安裝1臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器的工期比安裝3臺(tái)單相變壓器組的工期縮短約30%。

采用三臺(tái)單相變壓器的方案，運(yùn)輸重量較輕，技術(shù)成熟，可靠性高，現(xiàn)場(chǎng)檢修維護(hù)方便，但是三臺(tái)單相變壓器一字排開(kāi)長(zhǎng)約37 m，不僅占地面積大，而且對(duì)場(chǎng)地的布局有很大限制，還需要3個(gè)基礎(chǔ)和油池、3套低壓封閉母線、3套消防和防火墻等設(shè)施。

采用常規(guī)三相一體式變壓器方案，技術(shù)成熟可靠，安裝維護(hù)便利占地面積最小，但是運(yùn)輸重量和運(yùn)輸尺寸最大，運(yùn)輸成本高，在運(yùn)輸條件受限的區(qū)域很難實(shí)現(xiàn)。

4.2經(jīng)濟(jì)比較

經(jīng)濟(jì)性比較主要從制造成本、運(yùn)輸費(fèi)用、現(xiàn)場(chǎng)安裝費(fèi)用等方面進(jìn)行比較，見(jiàn)表2。

表2　不同型式變壓器的經(jīng)濟(jì)比較

從表2可以看出，對(duì)運(yùn)輸條件受限的地區(qū)，相比于采用三臺(tái)單相變壓器的方案，現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器在制造和運(yùn)輸成本上具有明顯優(yōu)勢(shì)。雖然增加了現(xiàn)場(chǎng)安裝的費(fèi)用，但是總成本仍然較低，而且，現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器占地面積小，不僅能解決某些電廠或變電站場(chǎng)地面積受限制的問(wèn)題，同時(shí)也節(jié)省了土建費(fèi)用。

由于電廠建設(shè)一般都是兩臺(tái)機(jī)組同時(shí)建設(shè)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器，2臺(tái)機(jī)組可以只設(shè)一個(gè)防塵工作間，現(xiàn)場(chǎng)組裝費(fèi)也會(huì)大大降低，約為單臺(tái)機(jī)組的1.5倍。

5　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及運(yùn)行情況

現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器在制造廠已完成全套試驗(yàn)項(xiàng)目的考核，包括耐壓試驗(yàn)、沖擊試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)等，現(xiàn)場(chǎng)組裝只是將鐵芯分框后運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)組裝，變壓器的電氣回路恢復(fù)連接，不涉及變壓器的絕緣裝配。因此，在組裝過(guò)程中經(jīng)過(guò)中間試驗(yàn)，在組裝完成后經(jīng)過(guò)部分試驗(yàn)項(xiàng)目，可保證產(chǎn)品質(zhì)量。由于沖擊試驗(yàn)、溫升試驗(yàn)等試驗(yàn)項(xiàng)目不具備現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的條件，且必要性不大，因此不建議進(jìn)行這兩項(xiàng)試驗(yàn)。最后，待現(xiàn)場(chǎng)交接驗(yàn)收實(shí)驗(yàn)通過(guò)后，即可交付使用。

一般情況下變壓器的出廠試驗(yàn)項(xiàng)目，包括國(guó)家規(guī)程規(guī)定的所有出廠試驗(yàn)項(xiàng)目以及由用戶(hù)和廠家共同協(xié)商確定的一些型式試驗(yàn)項(xiàng)目和特殊試驗(yàn)項(xiàng)目，交接試驗(yàn)則是變壓器交付使用前的最后一道保障，以檢驗(yàn)安裝后的變壓器質(zhì)量。交接試驗(yàn)的項(xiàng)目和出廠試驗(yàn)是相關(guān)聯(lián)的，幾乎現(xiàn)場(chǎng)有條件進(jìn)行的出廠試驗(yàn)， 交接試驗(yàn)都進(jìn)行。而現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器的中間試驗(yàn)、組裝完成后的試驗(yàn)，可以看作是精簡(jiǎn)的出廠試驗(yàn)。

經(jīng)過(guò)對(duì)多個(gè)國(guó)內(nèi)知名變壓器廠（含合資廠）的調(diào)研及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的了解，目前，多個(gè)工程項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器的運(yùn)行情況良好，即使在地震和海嘯等惡劣的自然條件下，也能夠安全穩(wěn)定地工作，具備與常規(guī)的三相一體變壓器同等的產(chǎn)品性能和質(zhì)量。

6　結(jié)論

近年來(lái)，隨著火電機(jī)組朝著高參數(shù)、大容量、高效低污染的方向發(fā)展，大容量、高電壓的變壓器的研制和應(yīng)用也取得了突破性的發(fā)展，大型現(xiàn)場(chǎng)組裝式變壓器的出現(xiàn)不僅很好的解決了偏遠(yuǎn)山區(qū)等運(yùn)輸條件受限區(qū)域的大型變壓器的運(yùn)輸難題，而且在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上都具有一定的優(yōu)勢(shì)，將為偏遠(yuǎn)山區(qū)的電力建設(shè)帶來(lái)重要的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益。

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Application of the Advanced Site Assembly Large Transformer

YIN Peng，ZHOU Cai-yang，YAO Wen
（Central Southern China Electric Power Design Institute， Wuhan430071， China）

This article has analyzed the application of the advanced site assembly transformer in the power plant or transformer substation from the aspects， such as， structure features， installation conditions， technical and economic comparison， field experiment and operation. Put forward the conclusion that the advanced site assembly transformer is suitable for transportation or covers an area of restricted of power plant or transformer substation.

advanced site assembly； transformer； dissembling transportation； economic benefits.

TM4

B

1671-9913（2016）03-0067-05

2015-11-25

印鵬（1985- ），男，湖北仙桃人，碩士，工程師，主要從事發(fā)電廠電氣設(shè)計(jì)工作。