山西电网500 kV三相共体变压器的选型研究

王刚

（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院，山西太原030001）

山西电网500 kV三相共体变压器的选型研究

王刚

（中国能源建设集团山西省电力勘测设计院，山西太原030001）

针对500 kV变电站单相和三相共体变压器，分别从绝缘水平、冷却方式、主分接阻抗和损耗等几个方面进行了分析对比。对三相共体变压器的运输方案、现场组装技术和场地布置情况进行了研究。通过对500 kV变电站主变压器的选型研究，证明采用三相共体变压器，既可以节约整个工程的占地面积，又降低了投资造价。

变压器；短路阻抗；绝缘水平

0 引言

500 kV超高压大型变电站中的主变压器是变电站的核心元件，主变压器的型式和参数的确定不但关系到变压器的结构和工程投资，对电网的安全可靠运行也有着重要影响[1]。根据近年来500 kV变电站建设的情况，变压器的型式和参数往往因设计情况不同而存在差别，在以往建设的500 kV变电站工程中均采用单相变压器，而三相共体变压器由于具有连接部件少、事故率较低、安装和维护工作量小、造价便宜、节省占地等优点，并随着生产工艺的发展，已经越来越多地被采用，这对于减少网损，提高电网运行的安全性和经济效益十分有利。但其重量和结构尺寸均比较大，这给生产制造、设备运输带来了较大的困难[2]。因此当变压器设备的制造能力和运输条件均满足要求时，从变电站工程建设和投资的角度考虑，对于采用三相变压器的可行性，需要综合分析其与单相变压器在技术参数、造价控制、布置优化等方面进行综合比较，然后确定变压器采用的结构型式。

1 技术参数分析

目前，500 kV变电站主变压器的选型主要分为单相变压器和三相共体变压器两种。近年来为解决三相共体变压器体积大、重量大等运输难题，出现了分解式运输三相共体式变压器，简称现场组装式变压器ASA（Advanced Site Assembly Transformer）。国内外大型变压器公司都可以生产单相变压器，国内的特变电工衡变、常州东芝、西电变压器、保定天威变压器和特变电工沈变和国外ABB、西门子等公司均有三相共体变压器的生产及供货经验。

下面以榆次北500 kV变电站工程中由西变实际供货的ASA变压器为例，分析单相与三相共体变压器在同等容量和电压等级下的绝缘水平、冷却方式、主分接阻抗和损耗等主要技术参数。

由表1和表2可以看出，ASA变压器与单相变压器主分接阻抗和绝缘水平相同，而冷却方式和空载损耗、负载损耗有所不同。

由于单相变压器铁芯结构简单、绕组线圈数量较少，采用自然油循环风冷ONAN（OilNatural Air Natural）/自然油循环强迫风冷ONAF（OilNatural Air Forced）方式已经能够满足冷却需求。而三相共体变压器单体油箱采用三芯五柱式结构，结构复杂，需要采用强迫油循环导向风冷ODAF（Directed Forced-oil and Forced-air Cooled）方式进行油流强迫导向循环冷却。

表1 西变500 kV ASA变压器主要技术参数表

表2 西变500 kV单相变压器主要技术参数表[3]

以容量为1 000MVA的ASA变压器为例，冷却系统风机功率为7×4.4=30.8 kW，油泵功率为7×3=21kW，总功率51.8kW；单相容量为334MVA的变压器冷却系统风机功率约为15～18 kW，三相总功率45～54 kW。通过计算，两种型式的变压器冷却系统总功率相差无几，变压器本体电能损耗相同。但单相变压器每相需要配置一组冷却系统，其附属设备故障概率要高于三相共体变压器。

ASA变压器与单相变压器空载和负载损耗相近，但ASA三相共体变压器略大。这是因为西变生产的ASA三相共体变压器需将变压器上下截油箱分开运输，现场组装，线圈绕组间隙增大。若要降低损耗值对绝缘要求又会提高，经过技术经济分析并结合厂界噪声计算，空载损耗要求不大于240 kW，负载损耗要求不大于1 440 kW。

如果采用三相共体变压器整体运输，由于铁芯磁路和型式的区别，综合空载和负载损耗略小于单相变压器。

综合而言，对于同容量、同电压等级、同阻抗的500 kV变压器，其型式选择三相共体或单相变压器，空载和负载损耗相近。

表3为衡变实际供货的ASA三相共体变压器产品。将表1和表3进行对比可知，变压器绝缘水平相同，但表3中的短路阻抗略低，空载损耗和负载损耗也相应降低。这是因为对于芯式变压器而言，当取较大的短路阻抗时，就要增加线圈的匝数，即增加了导线重量或是增大漏磁面积，从而增加了铁芯的重量，负载损耗也会相应增大[4]。由此可见，阻抗越高，相应成本越大。尤其是对于多绕组变压器来说，这样的现象更为突显。所以短路阻抗的合理选择对于500 kV三相共体变压器非常重要。

表3 衡变500 kV三相共体变压器主要技术参数表（ASA）

经短路电流计算，短路阻抗分别取高—中18%、高—低58%、中—低38%，可满足榆次北站远景年短路电流水平要求。与初设方案相比，高中侧短路阻抗由20%降低到18%，降低了变压器的空载损耗和负载损耗，同时减少了线圈匝数，节省了导线，降低了变压器制造成本。

2 运输方案分析

对于容量为1 000MVA的三相共体变压器和ASA变压器，目前国内部分厂商的生产和供货经验见表4。单相变压器国内主要变压器厂已有大量运行经验，所以不再考虑。

表4 国内1 000 MVA/500 kV三相共体及ASA变压器

由表4可见，国内已经具备500 kV电压等级的大容量三相共体和ASA变压器的制造能力以及运行经验。对于此类变压器的选择与使用具有很高的可实施性。

2.1 ASA变压器的运输

从以上分析可见，对于500 kV电压等级的大容量三相共体变压器其制造工艺和供货经验已经不是变压器选型可实施性的关键[5]。此类变压器，由于体积大、重量大，运输将成为工程可实施性中的关键环节[6]。

1.1 节中介绍的3种变压器的运输尺寸及重量如表5所示。

表5 500kV不同型式变压器运输差异表

由表5可见，对于相同容量、不同型式的500kV变压器，ASA变压器的最大运输重量最小只有65 t，其运输尺寸与三相共体变压器接近。单相变压器尺寸最小，重量居中。

三相共体变压器其重量大，运输难度高，需要依据工程实际情况进行大件运输方案设计。对于目前国内的运输条件以及经验，单相变压器的运输困难不大，相比较而言重量更小的ASA变压器运输条件更为成熟。下面就ASA变压器研究其解体运输方案。

a）铁芯框架分解。ASA变压器单件部件（含包装物）的最大运输重不超过65 t，该类产品铁芯采用三相、五柱、四框架组合式结构，下夹件设计成可断开拼装式，由四部分组成，为考虑整体性机械强度上夹件设计成为常规性整体夹件，按常规三柱、五柱式铁芯叠装而成，经试验合格后，运输时上部换成运输专用临时夹件。运输时将铁芯分解为4个单独的铁芯框，并分别放到相应的运输油箱内充干燥空气或氮气运输。为控制运输重量，上铁轭拆下放在专用的运输箱内运输，为方便现场插片，铁轭共分为两个运输箱运输。

b）上节油箱运输。上节油箱运输盖板上焊有专用的运输支架，运输支架根据现场装配顺序共分为3层，下铁轭地屏、下部器身垫块放在最上层，然后依次是引线木件层和引线层。

c）线圈油箱运输。每个线圈分别装箱，固定牢固，并充干燥空气或氮气运输。无励磁调压分接开关安装到专用运输桶内抽真空充油运输。变压器的其他组部件按常规产品装箱运输。变压器油用添加油桶运抵现场。

2.2 ASA变压器现场组装介绍

ASA变压器的特点在于其需要在现场搭建变压器组装厂房，进行现场组装。当各运输组件到达组装厂房后，按照图1顺序进行组装。

图1 变压器现场组装流程

从以上分析可见，对于ASA变压器运输难度小，但现场工作量较大，生产周期及厂内试验约为5～6m，运输及现场组装约1m，安装就位约1m，与单相变压器相比增加两个环节，厂内拆装和现场组装，虽三相变压器同时就位，总体时间较长一些，但相对于国家电网公司要求的变电站15～18周建设工期，完全可以满足时间要求。

3 工程布置分析

以下主要基于单相、三相共体和ASA三类变压器进行工程布置分析。

a）3台容量为334MVA的500 kV单相变压器按照一字型布置，需要设置3个油池以及4面防火墙，主变压器构架长度为37.5m，占地面积约为37.5×1.5=431.25m2（按防火墙宽度计算）。

每相中性点需加跳线短接，主变压器低压侧通过低压母线构成△接线，安装维护较为麻烦。

b）1台容量为1 000MVA的500 kV三相共体变压器和ASA变压器二者布置方式相同，均只需设置一个油池，主变压器构架长度26m。目前国内外所生产的1 000MVA三相共体和ASA变压器长度都不会大于16m，宽度不大于11.5m，两主变之间按变压器外轮廓最外侧计算，大于10m，不需要设置防火墙。一组主变压器占地面积约为26× 13.5=351m2（按油池宽度计算）。相比同容量单相变压器节省约20%占地面积。

可见，采用三相共体和ASA变压器，极大地节约了工程占地面积。在工程设计中更重要的是，主变占地面积的缩小还将带来整个主变无功区域配电装置占地面积的改变。单相变压器与ASA变压器在工程布置上的优缺点如表6所示。

表6 不同型式500 kV变压器布置方式优缺点对比表

4 小结

综上所述，通过主变压器的选型研究，从可靠性、技术参数及占地等方面分析，同时结合本站运输路径和安装空间等方面的综合选择，500 kV变电站采用三相共体ASA变压器，节约了整个工程的占地面积，降低了投资造价，起到了很好的引领示范作用。

［1］王晓京.500 kV变电站主变压器的选型问题［J］.电力设备，2006（2）：68-71.

［2］王尉，徐敏若，焦永军.500 kV变电站主变压器运输方案的优化［J］.江苏电机工程，2002（5）：25-27.

［3］中国国家标准化管理委员会.GB/T 6451—2008油浸式电力变压器技术参数和要求［S］.北京：中国电力出版社，2008：38-39.

［4］中国国家标准化管理委员会.GB/T 17468—2008电力变压器选用导则［S］.北京：中国电力出版社，2008：5-6.

［5］孙树波，高炜，王寿民，等.720MVA/500 kV三相发电机变压器的开发设计（上）［J］.变压器，2001（4）：1-5.

［6］吴昌垣.低温高潮湿气候条件下的500 kV三相共体ASA主变现场组装及安装技术［J］.电力建设，2009（6）：51-53.

Research on the Selection of 500 kV Three-phase Transformer for Shanxi Power Grid

WANG Gang
（Shanxi Electric Power Exploration&Design Institute of China Energy Engineering Group Co.，Ltd.，Taiyuan，Shanxi 030001，China）

Single-phase and three-phase transformers at 500 kV substation are analysed from the aspects of insulation level，coolingmethods，main connector impedance and tap impedance etc..Then，the transportation plan，field assembly technology and site layout for three-phase transformer are studied.The research on the selection ofmain transformer for 500 kV substation leads to the conclusion thatchoosing three-phase transformer isnotonly area-savingbutalso cost-saving.

transformer；short-circuitimpedance；insulation level

TM411+.2

B

1671-0320（2014）04-0022-04

2014-04-28，

2014-05-22

王刚（1983-），男，山西长治人，2008年毕业于太原理工大学电气工程及其自动化专业，工程师，从事变电站一次设备的设计和研究工作。