猴子巖水電站三相變壓器的現(xiàn)場組裝

李 金 東， 譚 軍

(國電大渡河猴子巖水電建設(shè)有限公司，四川 康定 626005)

1 概 述

猴子巖水電站位于四川省甘孜藏族自治州康定市境內(nèi)，是大渡河干流水電22級開發(fā)方案的第9個梯級電站，上游為丹巴水電站，下游為長河壩水電站。壩址距上游丹巴縣城約47 km，距下游瀘定縣城約89 km，距成都市約402 km。猴子巖水庫正常蓄水位1 842 m，電站裝機4臺，單機容量425 MW，平均年發(fā)電量70.15億kWh。電站以500 kV電壓等級接入電力系統(tǒng)，由于電站地處高山峽谷，河床狹窄，根據(jù)樞紐布置和地形條件，水輪發(fā)電機組和主變壓器全部布置在右岸地下廠房內(nèi)。發(fā)電機引出回路采用離相封閉母線與主變壓器低壓側(cè)相連，主變壓器的高壓側(cè)與地下高壓電纜層內(nèi)500 kV GIS管道相連，然后通過500kV擠包絕緣電纜經(jīng)傾井引至地面開關(guān)站。至2018年6月底猴子巖水電站4臺機組已全部投入運行。500 kV主變壓器采用了現(xiàn)場組裝三相式變壓器(簡稱ASA)，由特變電工衡陽變壓器集團有限公司供貨。

2 猴子巖變壓器型式選擇

由于猴子巖水電站發(fā)電機-變壓器組合方式為單元接線，單臺主變運輸重260 t，因電站地處偏遠山區(qū)，其交通運輸受限，不能將單臺主變由廠家整體直接運往電站，只能采用其他形式的變壓器。根據(jù)實際工程情況，猴子巖主變壓器形式選擇可采取的方案有三種：三臺單相變壓器組、組合式三相變壓器和現(xiàn)場組裝三相變壓器。以下是對三種方案實際實施的一個概述。

2.1 單相變壓器

該方案由三臺普通單相變壓器組合成三相變壓器，油路完全分開，運輸重量及運輸尺寸可滿足要求。但現(xiàn)場增加了在變壓器低壓側(cè)通過封閉母線在外部進行三角形連接的難度和工作量，且三相需要分開布置，每個單相變壓器之間需設(shè)置防火墻，占地面積大，不滿足猴子巖水電站地下廠房變壓器的布置。

2.2 三相組合變壓器

該方案由3臺特殊結(jié)構(gòu)單相變壓器組合而成的組合式變壓器。3臺單相變壓器每相都有一個單獨的油箱，低壓側(cè)三相共用一個接線盒，三相靠在一起布置，具有共用油系統(tǒng)，三個單相變壓器油路通過旁通管路和低壓接線盒連通。運輸時拆下低壓接線盒，分相單獨運輸?，F(xiàn)場三個單相變壓器本體就位后，然后安裝低壓接線盒，通過在低壓接線盒內(nèi)完成低壓側(cè)的母線三角形接線。這種方式結(jié)構(gòu)較緊湊，外部接線相對簡單，布置安裝占地面積較3臺單相變壓器小。

2.3 現(xiàn)場組裝三相變壓器

現(xiàn)場組裝三相變壓器也叫解體運輸變壓器，鐵心為三相五柱式結(jié)構(gòu)，這種變壓器用的是一套冷卻系統(tǒng) 、一套儲油柜及管路系統(tǒng)。變壓器組裝完成后其外形與普通三相變壓器相同。根據(jù)運輸條件可將變壓器分解成U型鐵芯、線圈、上部油箱、中間油箱、下部油箱等主要部分分別運輸，在現(xiàn)場再組裝成整體。布置占地面積小，滿足其地下廠房布置，且分解成各部件后，其重量大大減少，減少了運輸困難。

近幾年國內(nèi)龍灘、錦屏、大崗山、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、制造水平有較大提高，安裝經(jīng)驗也更加豐富。綜合考慮多方面因素，猴子巖水電站最終采用了目前最具優(yōu)勢的，現(xiàn)場組裝三相變壓器。

3 猴子巖主變壓器簡介

3.1 主變壓器中性點接地方式

猴子巖水電站主變壓器中性點接地方式可采用：經(jīng)小電抗接地方式或直接接地。是否需經(jīng)小電抗接地是一個綜合性的技術(shù)問題，涉及到單相短路電流的大小、開關(guān)能否滿足開斷容量的要求及對通信線路的干擾、對接地網(wǎng)的要求、對繼電保護與電網(wǎng)過電壓水平的影響和變壓器本身的絕緣水平、制造工藝等。猴子巖水電站單相短路電流在50 kA以內(nèi)，不存在500 kV開關(guān)設(shè)備選擇困難問題，通過與成勘院、變壓器廠家合作對猴子巖水電站主變壓器中性點接地方式進行綜合研究，研究結(jié)果推薦主變壓器中性點采用直接接地方式。

3.2 主變壓器的布置

猴子巖水電站為全地下式廠房，水輪發(fā)電機組和主變壓器均布置在右岸地下廠房和主變洞內(nèi)，電站裝機4臺，每臺機組段對應(yīng)設(shè)有主變壓器室，中間設(shè)防火隔墻隔開。4臺主變壓器布置在與主廠房平行的主變洞內(nèi)，與發(fā)電機層同高程。為了簡化離相封閉母線的布置和安裝，每臺主變壓器按與其相應(yīng)機組對布稱置。主變壓器的低壓側(cè)經(jīng)油/空氣套管與18 kV離相封閉母線相連，高壓側(cè)通過油/SF6套管與主變洞內(nèi)高壓電纜層500 kV GIS相連。每臺主變設(shè)有4臺冷卻器，布置在主變壓器室內(nèi)。主變壓器的消防采用水噴霧滅火方式。主變壓器就位以及安裝試驗完畢后，再砌主變壓器與主變交通洞之間的防火隔墻，防火隔墻上設(shè)有防火隔離門，運行時經(jīng)防火隔離門進出主變壓器室。

3.3 猴子巖主變壓器的主要結(jié)構(gòu)特點

猴子巖水電站主變壓器為現(xiàn)場組裝三相升壓電力變壓器，鐵心采用三相五柱式結(jié)構(gòu)，由于主變壓器是現(xiàn)場組裝，故將變壓器分解成U型鐵芯、線圈、上部油箱、中間油箱、下部油箱等主要部分；鐵心分成四瓣，四瓣間用絕緣板隔開，需要單獨接地，且接地單獨各自引出，不能在油箱內(nèi)通過一根短接線引出接地，主要是防止短接線在油箱內(nèi)形成一個閉合的環(huán)路，形成渦流。變壓器高壓繞組引出線采用垂直出線，經(jīng)油/SF6套管引出，低壓繞組引出線采用垂直出線，經(jīng)油/空氣套管引出。水冷卻器采用雙重管型式，外管為翅片結(jié)構(gòu)，傳熱效率良好，外管與內(nèi)管間設(shè)置溝槽，一旦發(fā)生水滲漏，水會沿溝槽匯集到滲漏檢測器從而檢測到漏水，防止水進入到變壓器油中，冷卻管內(nèi)徑為14 mm，防止直徑3 mm以下砂子堆積，進水側(cè)帶有喇叭口，使水易于流動，防止冷卻管入口處堆積泥砂。

4 猴子巖主變壓器安裝、現(xiàn)場試驗及運行情況

4.1 主變壓器安裝

猴子巖500 kV現(xiàn)場組裝三相變壓器在組合前采用的是解體運輸、現(xiàn)場裝配方案。主變壓器的組裝在壩后現(xiàn)場組裝廠房完成，廠房外形設(shè)計尺寸(長×寬×高)為36 m×15 m×18 m，組裝廠房按照無塵廠房設(shè)計，布置了一套空調(diào)系統(tǒng)，地面采用環(huán)氧樹脂地坪，滿足變壓器現(xiàn)場組裝過程中的主體、組部件及運輸箱、工裝工具、設(shè)備、耗材等的布放要求。由于組裝廠房內(nèi)不具備大噸位的起吊能力，故采用電動液壓頂、推的方式進行裝車，即變壓器在現(xiàn)場組裝廠房內(nèi)組裝完畢后，可直接在組裝廠房內(nèi)借助液壓頂升設(shè)備、枕木、鋼軌等設(shè)備工裝將其轉(zhuǎn)移至大件運輸車輛上，通過運輸車將主變運至主變洞內(nèi)。到達主變安裝位前，再次借助液壓千斤頂將主變頂升至適當(dāng)高度，落放至軌道上，利用液壓千斤頂將主變推送至安裝位置，而后將主變頂升，取出軌道，將主變落下盛放于基礎(chǔ)板上，最后對變壓器及其附件進行安裝。主變壓器安裝完畢后，可現(xiàn)地進行抽真空、注油、濾油處理等工作。

4.2 我廠現(xiàn)場組裝變壓器的特點

4.2.1 采用現(xiàn)場煤油氣相干燥技術(shù)

煤油氣相干燥技術(shù)是目前變壓器干燥較成熟和先進的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于大型變壓器的生產(chǎn)，但該干燥技術(shù)設(shè)備復(fù)雜，體積大，一般在工廠內(nèi)完成。猴子巖水電站主變廠家通過自身技術(shù)研發(fā)開發(fā)了全球第一套移動式煤油氣相干燥設(shè)備，并成功應(yīng)用于工地生產(chǎn)，使得現(xiàn)場組裝變壓器能得到較好的干燥，運行工況得到有利保證。

4.2.2 大型運輸車裝卸主變未使用預(yù)埋鋼軌

傳統(tǒng)電廠主變在安裝間安裝完成后的就位一般采用卷揚機將主變通過預(yù)埋在地面的鋼軌拖拽至主變安裝位，此項工作需提前在土建施工前將鋼軌預(yù)埋，鋼軌在主變運行過程中不發(fā)揮任何作用。猴子巖水電站主變在從組裝工廠運輸至就位安裝全程未使用到地面預(yù)埋鋼軌，全程采用移動式軌道及液壓千斤頂、枕木等進行配合，快捷、準確，為今后廠房設(shè)計提供了一種新思路。

4.3 主變壓器現(xiàn)場試驗

主變安裝完畢后的現(xiàn)場試驗包括絕緣電阻，直流電阻，吸收比，極化指數(shù)，變比，泄漏電流、感應(yīng)耐壓、局部放電及絕緣油試驗等，以4號主變壓器部分試驗結(jié)果為例：

(1)測量各分接位置電壓變比誤差(見表1)。

表1 各分接位置電壓變比誤差

(2)測量各繞組的直流電阻(見表2)。

表2 各繞組的直流電阻

(3)測量空載電流和空載損耗(見表3)。

表3 空載電流和空載損耗

(4)測量繞組對地絕緣電阻、絕緣系統(tǒng)電容和介質(zhì)損耗(見表4)。

(5)測量鐵芯及夾件對地絕緣電阻(見表5)。

(6)測量三相變壓器零序阻抗(見表6)。

表4 繞組對地絕緣電阻、絕緣系統(tǒng)電容和介質(zhì)損耗

表5 鐵芯及夾件對地絕緣電阻

表6 三相變壓器零序阻抗

(7)高壓側(cè)加全電壓進行沖擊試驗，分接開關(guān)置1檔，沖擊合閘3次，每次帶電時間 5 min，變壓器情況合格。

(8)絕緣油試驗：介質(zhì)損耗因數(shù)(90 ℃)為0.10，擊穿電壓為72 kV。

4.4 主變壓器運行情況

經(jīng)現(xiàn)場試驗，變壓器各項技術(shù)指標均滿足要求，從2017年1月首臺變壓器正式投運至今，設(shè)備運行正常。此外，猴子巖水電站另三臺變壓器于2017年12月全部投入使用，設(shè)備運行狀況良好。

5 結(jié) 語

猴子巖水電站共裝設(shè)4臺單機容量425 MW的水輪發(fā)電機組，水輪發(fā)電機組和主變壓器全部布置在地下廠房內(nèi)，500 kV主變壓器采用了現(xiàn)場組裝三相變壓器。至2018年6月猴子巖水電站4臺機組己全部投入運行。目前機組及相應(yīng)電氣設(shè)備、主變運行正常。猴子巖500 kV主變壓器的安全穩(wěn)定的運行，表明國內(nèi)有關(guān)大型變壓器廠家具有成熟的500 kV大容量三相組裝式變壓器的設(shè)計、制造能力，同時猴子巖主變壓器的成功運行為今后組裝式變壓器在山區(qū)水電站的應(yīng)用提供了理論和實際參考信息，三相組裝式變壓器將在山區(qū)水電站及運輸受限地區(qū)得到廣泛應(yīng)用 。