某抽水蓄能電站SFC 輸入變壓器國產(chǎn)化改造

高從闖，楊 劍，陳忠賓，仲 鳴，王 榮

（江蘇國信溧陽抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽 213334）

1 引言

某抽水蓄能電站裝機(jī)容量1 500 MW，以500 kV一級電壓等級接入系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)電網(wǎng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及緊急事故備用等任務(wù)。電站機(jī)組抽水工況啟動采用靜止變頻裝置（Static Frequency Converter，簡稱SFC）啟動方式，設(shè)有2 套SFC，不設(shè)背靠背啟動，每套SFC 額定功率18 MW，額定電壓5 kV，各負(fù)責(zé)3 臺機(jī)抽水啟動，也可通過啟動母線聯(lián)絡(luò)閘刀互為備用。

電站采用高-低-高型SFC，主要設(shè)備包括輸入電抗器、輸入斷路器、輸入變壓器、變頻器、直流平波電抗器、輸出變壓器、輸出斷路器、輸出電抗器及相關(guān)輔助設(shè)備。機(jī)組抽水工況啟動過程中，來自主變低壓側(cè)15.75 kV 交流電經(jīng)輸入變壓器降壓至5 kV 后送至變頻器，整流逆變后得到頻率逐漸升高的交流電。整個(gè)啟動過程分為低速運(yùn)行和高速運(yùn)行兩個(gè)階段，在低速運(yùn)行階段，頻率較低，變頻器采用強(qiáng)迫換相，輸出的交流電不經(jīng)輸出變壓器送入發(fā)電電動機(jī)定子繞組，在高速運(yùn)行階段，變頻器采用自然換相，輸出的交流電經(jīng)輸出變壓器升壓后送入發(fā)電電動機(jī)定子繞組，通過與勵磁電流配合將機(jī)組由靜止拖動至額定轉(zhuǎn)速。

2 原變壓器存在的問題

該抽水蓄能電站原1 號SFC 輸入變壓器為進(jìn)口油浸式變壓器，安裝在與主變同一高程的1 號SFC 輸入變壓器室內(nèi)，主要作用是隔離與降壓，自2017 年1 月投運(yùn)以來，主要存在以下問題：

（1）2018 年9 月至2019 年2 月，多次對原變壓器取油樣檢測發(fā)現(xiàn)乙炔含量超標(biāo)，且總烴產(chǎn)氣速率超過導(dǎo)則[1]提供的注意值，經(jīng)吊芯檢查發(fā)現(xiàn)變壓器箱體與箱蓋之間存在放電現(xiàn)象，后來對變壓器進(jìn)行脫氣濾油和吊芯檢修處理，乙炔含量有所下降，但未徹底消除，吊芯檢修后安全質(zhì)量無法得到徹底保證，變壓器安全性能降低，一旦出現(xiàn)問題將影響電站安全生產(chǎn)，同時(shí)維護(hù)工作量和成本相應(yīng)增加。

（2）原變壓器輔助設(shè)備較多，包括油泵、壓力釋放閥、瓦斯繼電器、油位計(jì)、流量計(jì)、油溫傳感器等，SFC 在啟機(jī)過程中，輸入變壓器空載合閘瞬間，經(jīng)常出現(xiàn)輔助設(shè)備誤動作或信號抖動問題，造成啟機(jī)失敗，影響機(jī)組抽水啟動。

（3）原變壓器為進(jìn)口設(shè)備，售后服務(wù)渠道不暢，備品備件采購周期長、價(jià)格高，變壓器出現(xiàn)問題時(shí)響應(yīng)不及時(shí)。

3 國產(chǎn)化改造

3.1 必要性分析

原1 號SFC 輸入變壓器存在乙炔含量超標(biāo)、小缺陷頻發(fā)、備品備件采購價(jià)格高以及售后服務(wù)渠道不暢問題，在安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性上均存在不足，影響到機(jī)組正常抽水啟動，甚至威脅到電站安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，電站決定對1 號SFC 輸入變壓器進(jìn)行國產(chǎn)化改造。

國產(chǎn)化改造有兩種可選方案，方案一是更換1臺全新國產(chǎn)油浸式變壓器，方案二是更換1 臺相同技術(shù)參數(shù)的國產(chǎn)干式變壓器。經(jīng)過比較論證，電站最終選擇方案二進(jìn)行國產(chǎn)化改造。

3.2 可行性分析

2006 年世界最大容量25 MVA 干式變壓器在我國研制成功[2]，2019 年國產(chǎn)干式變壓器的最大容量達(dá)到了45 MVA，國內(nèi)干式變壓器生產(chǎn)廠家的技術(shù)水平已走到了國際同行的前列，采用國產(chǎn)干式變壓器作為SFC 輸入變壓器完全具備技術(shù)支撐。

國內(nèi)早期投產(chǎn)的抽水蓄能電站SFC 輸入變壓器大多采用進(jìn)口油浸式變壓器，運(yùn)行一段時(shí)間后，多個(gè)電站出現(xiàn)過故障，后將進(jìn)口油浸式變壓器改成國產(chǎn)干式變壓器，如黑麋峰[3]、白蓮河抽水蓄能電站等，改造后運(yùn)行情況良好。目前在建電站SFC 輸入變壓器大多選用國產(chǎn)干式變壓器。

干式變壓器相比油浸式變壓器，具有防火防爆性能好，抗沖擊能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，安全性更高，且干式變壓器沒有油泵、壓力釋放閥、瓦斯繼電器、油位計(jì)、流量計(jì)等輔助設(shè)備，不需要定期檢測油樣，不需要冷卻及消防用水，運(yùn)行維護(hù)工作量少、成本低。

3.3 改造實(shí)施情況

該抽水蓄能電站1 號SFC 輸入變壓器國產(chǎn)化改造所選用的新干式變壓器與原油浸式變壓器主要技術(shù)參數(shù)如表1 所示。

表1 主要技術(shù)參數(shù)對比

2021 年1～7 月，干式變壓器在工廠生產(chǎn)制造。2021 年7 月進(jìn)行干式變壓器出廠試驗(yàn)，試驗(yàn)內(nèi)容包括繞組電阻測量、聯(lián)結(jié)組標(biāo)號檢定、電壓比測量、空載損耗和空載電流測量、短路阻抗和負(fù)載損耗測量、絕緣電阻測量、外施耐壓和感應(yīng)耐壓試驗(yàn)、局部放電測量以及溫升試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均合格，滿足規(guī)范[4]要求，干式變壓器經(jīng)驗(yàn)收合格后運(yùn)至電站地下廠房安裝間。

2021 年9 月，該電站進(jìn)行了1 號SFC 輸入變壓器國產(chǎn)化改造現(xiàn)場施工，主要包括變壓器室外墻拆除、原變壓器及其附屬設(shè)備拆除移位、新干式變壓器及其附屬設(shè)備就位安裝、交接試驗(yàn)和系統(tǒng)調(diào)試、變壓器室外墻修復(fù)和防護(hù)圍欄安裝，具體實(shí)施情況如下：

（1）變壓器室外墻拆除

變壓器室凈空為6 150 mm×6 150 mm×6 700 mm（長×寬×高），變壓器頂部布置有電纜橋架，電纜橋架下方凈高為5 450 mm，為保證變壓器進(jìn)出空間足夠，將變壓器室主變搬運(yùn)道側(cè)外墻拆除。外墻由磚墻和輕鋼龍骨石膏板隔墻組成，配有進(jìn)人門和百葉通風(fēng)窗，施工時(shí)依次拆除進(jìn)人門、通風(fēng)窗、墻內(nèi)管線、隔墻、磚墻。

（2）原變壓器及其附屬設(shè)備拆除移位

首先斷開原變壓器與外部的連接，包括變壓器高低壓側(cè)電纜、二次電纜、接地扁鐵，拆除變壓器冷卻水管路和消防管路，管路終端用盲板封堵。利用4 只液壓千斤頂將變壓器頂起，在底部鋪設(shè)道木和鋼軌，再利用在軌重物推移機(jī)進(jìn)行移位，如圖1 所示。原變壓器移位路徑為變壓器室-主變搬運(yùn)道-進(jìn)廠交通洞-支洞，移位距離約160 m，其中水平移位96 m，坡道移位64 m，坡度6%～8%，耗時(shí)15 h。

圖1 變壓器移位示意圖

（3）新干式變壓器及其附屬設(shè)備就位安裝

新干式變壓器就位前先制作基礎(chǔ)，采用混凝土加基礎(chǔ)鋼板的承重結(jié)構(gòu)，將原變壓器油池清理干凈后用混凝土（標(biāo)號C30）澆筑填埋，澆筑時(shí)采取二次振搗法提高混凝土的密實(shí)度，由下往上逐層澆筑至與地面、預(yù)埋基礎(chǔ)鋼板的上表面齊平，并預(yù)留出接地扁鐵。澆筑完成后，每24 h 進(jìn)行灑水保濕養(yǎng)護(hù)，持續(xù)5 d，最后將基礎(chǔ)鋼板與原預(yù)埋基礎(chǔ)鋼板焊接，基礎(chǔ)鋼板尺寸為4 000 mm×400 mm×30 mm（長×寬×厚），并開有灌漿孔。

基礎(chǔ)制作完成后，利用液壓千斤頂和在軌重物推移機(jī)將新干式變壓器由地下廠房安裝間移至變壓器室內(nèi)，移位路徑為安裝間-進(jìn)廠交通洞-主變搬運(yùn)道-變壓器室，移位距離約105 m，耗時(shí)16 h完成就位。

新干式變壓器就位后，將變壓器支撐底座與基礎(chǔ)鋼板焊接牢固后灌漿填縫加固。下一步安裝干式變壓器高低壓側(cè)銅排、接地扁鐵、避雷器、放電計(jì)數(shù)器、帶電顯示器、測溫裝置以及溫控器。

（4）交接試驗(yàn)和系統(tǒng)調(diào)試

新干式變壓器交接試驗(yàn)包括繞組絕緣電阻測量、繞組直流電阻測量、電壓比測量以及外施耐壓試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果均合格，滿足規(guī)程規(guī)范要求。交接試驗(yàn)后，進(jìn)行新變壓器高低壓側(cè)電纜連接、二次接線對點(diǎn)、溫控器校驗(yàn)調(diào)試、SFC 控制程序修改。在SFC 控制程序中取消與原油浸式變壓器相關(guān)的輸入輸出信號，包括油泵啟動開出信號、油泵運(yùn)行開入信號、壓力釋放閥動作開入信號、輕瓦斯報(bào)警開入信號、重瓦斯動作開入信號、水流報(bào)警信號、油流報(bào)警開入信號、油溫報(bào)警開入信號、油溫故障開入信號、油位報(bào)警開入信號、油位故障開入信號、油溫模入信號，新增干式變壓器超溫報(bào)警信號、超溫跳閘信號和判斷邏輯。

完成以上工作并檢查無誤后，進(jìn)行新干式變壓器沖擊合閘試驗(yàn)，無異常通過。下一步進(jìn)行機(jī)組啟動試驗(yàn)，1 號SFC 拖動4 號機(jī)至15%轉(zhuǎn)速，模擬輸入變壓器超溫跳閘停機(jī)成功，拖動1 號機(jī)抽水假同期成功，測得變壓器低壓側(cè)（SFC 網(wǎng)橋側(cè)）電壓波形合格，如圖2 所示。

圖2 新變壓器低壓側(cè)電壓波形

最后對新干式變壓器高壓側(cè)施加額定電壓，進(jìn)行24 h 帶電空載試驗(yàn)，監(jiān)視變壓器運(yùn)行情況。期間新干式變壓器運(yùn)行穩(wěn)定，電纜接頭和繞組溫度上升平穩(wěn)，電纜接頭最高溫度47.8 ℃，繞組最高溫度57.9 ℃。

（5）變壓器室外墻修復(fù)和防護(hù)圍欄安裝

新干式變壓器驗(yàn)收合格后，修復(fù)變壓器室外墻。新干式變壓器與兩側(cè)邊墻的距離為825 mm，與前后墻距離為1 925 mm，滿足室內(nèi)的無外殼干式變壓器與四周墻壁的凈距不小于600 mm 的規(guī)范[5]要求。為保證運(yùn)檢人員巡視安全，在離變壓器1.5 m 處安裝PVC 防護(hù)圍欄。

4 改造后運(yùn)行情況及效益評價(jià)

2021 年9 月底，改造后的干式變壓器投入運(yùn)行，未出現(xiàn)任何異常和故障，1 號SFC 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，各項(xiàng)參數(shù)正常，啟機(jī)成功率100%。

通過國產(chǎn)化改造，從根本上解決了1 號SFC 輸入變壓器乙炔含量超標(biāo)問題，一方面消除了電站安全隱患，另一方面避免了因變壓器乙炔含量超標(biāo)造成1 號SFC 停運(yùn)的情況發(fā)生，節(jié)省了濾油和吊芯檢修費(fèi)用，每次約50 萬元。改造后未再出現(xiàn)變壓器輔助設(shè)備誤動作和信號抖動情況，小缺陷數(shù)量減少，機(jī)組抽水啟動可靠性和能量轉(zhuǎn)換效率提升，同時(shí)輔助設(shè)備數(shù)量減少，且都為國產(chǎn)，運(yùn)維工作量和成本降低，備品備件采購費(fèi)用降低，每年可節(jié)省運(yùn)維成本和備品備件費(fèi)用約6.5 萬元。

5 結(jié)語

該抽水蓄能電站1 號SFC 輸入變壓器國產(chǎn)化改造達(dá)到了預(yù)期效果，取得了良好的安全經(jīng)濟(jì)效益，為機(jī)組長周期安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障，也為其他出現(xiàn)類似情況的電站提供借鑒。