电厂1000MW机组主变压器型式选择的研究

2015-11-23李建强李遂甫杨锦洪张永前秦建立杨俊生

河南科技 2015年11期

李建强李遂甫安伟杨锦洪张永前秦建立张娜杨俊生

（大唐三门峡电力有限责任公司，河南三门峡 472143）

作为百万千瓦级超超临界机组的主要辅助设备，主变压器担负着将发电机发出的电力升压送至电网的重要功能，主变压器性能的优劣将直接影响到机组的运行水平。主变压器按铁芯和绕组结构形式划分有单相变压器组和三相变压器两种型式。单相变压器组由三台单相变压器组成，将三台变压器分别布置，油路完全分开，通过外部封闭母线实现变压器的电气连接，可排除三相短路的可能性，提高机组运行可靠性［1，2］。三相变压器设置一个油箱，用引线、管道将三相连成一体，共用一套油保护及冷却系统。近年来，随着1000MW机组的不断投运，大容量变压器的选型问题表现的日益突出，选择技术合理、经济优越、安装运行维护方便的主变压器势在必行。本文针对本公司1000MW机组扩建工程主变压器选型的问题，从技术经济方面进行全面调研、论证及分析。

1 国内外投运1000MW机组主变压器现状

目前，1000MW等级机组的主变压器无论单相变压器还是三相变压器均在工程中广泛使用。早期1000MW机组选用单相变压器较多，如浙江华能玉环电厂、山东华电邹县电厂、江苏国电泰州电厂、浙江国电北仑电厂、浙江国华宁海电厂、天津国投津能北疆电厂、安徽华电芜湖电厂等均使用单相变压器。随着百万机组的不断增多，变压器三相组合一体变压器的应用也日渐成熟，如仓南电厂（保变生产）、海门电厂（西变生产）、南通电厂（沈变生产）、嘉兴电厂（常州东芝生产）、汉川（常州东芝生产）、浙能嘉兴电厂和句容电厂（常州东芝生产）等，变压器容量为1140MVA或1170MVA。

常州东芝公司设计生产的分解运输现场组装式（Advanced Site Assembly）三相共体变压器，简称ASA变压器，更是极大的推动了三相共体变压器在电力系统的广泛应用，其最大的优点在于解决了变压器本体运输难的问题。总之当前不管是三相变压器还是单相变压器，均已是很成熟的产品，工程应用不存在任何问题。

2 1000MW机组各种型式主变压器技术指标比较

2.1 可靠性

设备的可靠性是主变压器选型首先考虑的问题。对于1000MW等级机组，国内几大变压器厂（如：保定天威保变电气股份有限公司、西安西电变压器有限责任公司、常州东芝变压器有限公司和特变电工衡阳变压器有限公司）生产的主变压器，无论是单相还是三相，均有较为成熟的设计制造经验。表1是国家电力监管委员会和中国电力企业联合会2011年联合发布的近五年火电机组运行可靠性指标。

表1 900-1000MW级火电机组近五年的主要可靠性指标

如表1所示：900-1000MW级火电机组等效可用系数为83.17-88.14%。因此，变压器的可靠性满足机组安全运行的要求。

另外，从变压器本体结构来看，单相变压器的结构较三相变压器简单，其故障率应低于三相变压器，但单相变压器组台数是三相变压器的三倍，因此，三台单相变压器的总故障率与单台三相变压器差别不大。

综上所述，单相主变压器和三相主变压器的制造能力、运行水平和使用业绩均满足机组安全运行的要求。

2.2 运行损耗

变压器的空载损耗和负载损耗直接反应变压器运行的有功功率损耗。本公司主变压器额定容量为1180MVA，可采用一台容量为1180MVA的三相变压器或三台容量为390MVA的单相变压器，以特变电工衡阳变压器有限公司为例，对三相一体变压器和单相变压器运行损耗做了详细对比。

表2 三相变压器和单相变压器组损耗对照表

由表2可知，三相变压器的空载损耗和总损耗较单相变压器组低。空载损耗和负载损耗为变压器的设计参数，生产厂家可以根据用户的要求进行设计和制造。因此，单相变压器组的总损耗在制造上完全可以做到与三相变压器相同，但价格将有所增加。

表3 三相变压器和单相变压器组金属材料消耗量对照表

2.3 金属材料消耗

由表3可知：单相变压器组耗用钢材、硅钢片和有色金属量是三相变压器的1.28～1.5倍，单相变压器组耗油量是三相变压器的约1.5倍。

2.4 布置

主变压器型式的选择不仅影响机组运行的可靠性和经济性，同时也关系到主厂房A列前的设备布置。1000MW机组每台设置1台高压厂用变压器，主变压器、高压厂用变压器布置在主厂房A列前［3，4］。

与三相变压器比较，单相变压器存在以下问题：

（1）2台机组共有9台变压器（主变不设备用相），主厂房A列前设备布置较为拥挤。

（2）由于单相主变压器之间的距离不满足防火要求，需设置防火墙，对变压器通风散热有影响。

（3）单相主变压器低压侧采用封闭母线构成△接线，造成主变压器附近布置拥挤，封闭母线支撑构架有所增加。

（4）单相主变压器数量的增加，导致变压器油池、消防设施的增加，影响循环水管等地下设施的布置。

2.5 技术比较结论

综上所述，三相组合变压器与单相变压器的可靠性相当，运行损耗低，布置简单，占地面积小，安装工程量小，业绩较单相变压器稍微逊色，详见表4。

3 1000MW机组各种型式主变压器经济指标比较

3.1 变压器设备投资费用

经与厂家人员咨询，得知2013年保变、西变、常州东芝和特变电工三相变压器和单相变压器报价（见表5）。

表5 三相变压器和单相变压器价格表

根据表5中变压器价格，本期工程6台单相主变压器和2台三相主变压器的设备费为：

6台单相变压器价格：1 020×6=6 120（万元）

2台三相变压器价格：2 665×2=5 330（万元）

单相主变压器组的设备费较三相主变压器高6 120-5 330=790（万元），即设备投资增加约15%。

3.2 变压器建安费

由表6可知：三相组合一体变压器较单相变压器节省67万余元。

表6 主变压器建安费对照表

3.3 变压器封闭母线设备费

表7 变压器封闭母线设备费

由表7可知：三相组合一体变压器较单相变压器节省封闭母线设备费用69万余元。

3.4 经济比较结论

综上所述，在同等容量下，三相组合一体变压器较单相变压器节省投资费用1 000万余元。

4 运行维护比较

4.1 单相变压器

在运行维护方面，单相变压器组存在以下问题：变压器的数量较三相变压器多，增加了变压器、封闭母线和消防设施的运行维护工作量；由于变压器的数量较多，造成布置拥挤，设备的运行维护不方便；同时一台机组单相变压器冷却风机为9个，相对维护量较大。

4.2 三相变压器

在运行维护方面，三相变压器的优点是变压器数量少，运行维护简单，工作量小［5，6］。

若采用三相组合变压器，运输简单，当变压器出现严重故障需要返厂检修，较单相变压器运输费用低。一台机组三相变压器冷却风机为6-7个，相对维护量较小，在同样一台冷却器退出运行的情况下，三相组合一体变压所带的负荷较单相变压器高出20%以上。

综上所述，三相组合一体变压器较单相变压器维护简单。

5 变压器运输比较

1000MW级机组主变压器的外形和重量较大，在变压器选型时，不仅要进行技术经济比较，还应考虑运输条件和费用，运输问题是制约大型变压器选型的重要因素。

5.1 三相一体变压器与单相变压器运输比较

根据调研，对于满足本工程1180MVA，500kV等级的大容量三相一体式变压器，每台三相变压器的运输尺寸约为（13～14）m×（7～8.5）×7.5m（长×宽×高），运输重量约480～550t；每台三相变压器的外形尺寸约为16m×10m×12m，总重量约700t。如此大的尺寸和重量，对变压器的制造和运输均是一个巨大的考验，对变压器的制造问题，或可通过制造厂商的技术改造升级来解决；而变压器的运输问题，由于涉及问题极广，在目前情况下，受限较多。若采用单相变压器组，每台单相变压器的容量在390MVA左右。根据对有关变压器制造厂家的调查，每台单相变压器的运输尺寸约为（7～8）m×（4～5）m×（4～5.5）m（长×宽×高），运输重量约200～250吨；每台单相变压器的外形尺寸约为（8～11）m×（6～7）m，总重量约200～300t。显而易见，三相一体变压器运输存在较大的困难，而单相变压器运输较为简单。

5.2 三相组合变压器（ASA）与单相变压器运输比较

为了解决三相共体变压器的运输不便和单相变压器占地大、造价高的问题，国内变压器生产厂商研究出了组合三相变压器（常州东芝称ASA），此类产品的设计思路（以特变电工为例）是变压器除外部组部件（如套管、冷却器、储油柜、控制柜外部联管、温度计等）以及工装、试验设备按正常产品包装外，变压器本体在厂内进行分解，根据运输重量和现场安装要求，分多个专用运输箱，主要为：

上节油箱、引线及引线支架运输箱一个；下节油箱及上夹件运输箱一个；线圈组运输箱三个；铁心框架（无上铁轭）运输箱四个；上铁轭运输箱两个；组部件运输箱若干个。单件部件（含包装物）的最大运输重不超过60t，为保证各部件的运输和存放要求，避免受潮，在运输箱内充干燥空气或氮气，并保持正压力。当所有部件运至施工现场后，由变压器厂家在现场专门搭建的防尘棚（厂家负责，长×宽×高约为36m×15m×18m)内进行组装，现场性能验收交接试验由买方负责完成，卖方派人指导。由于现场组装三相变压器须在一定面积的空调间和净化室内进行，并且要求降尘量小于0.20mg/m3和室内温度低于20℃，因此对空调室和净化室的要求较高。由上可知，三相组合变压器运输较为简单，相比单相变压器运输费用低。

综合上述比较，选用三相组合变压器（ASA）运输简单、费用低。

6 关于三相组合变压器（ASA）技术的论证

三相组合变压器由于在现场组装，变压器的组装质量和工期可能受到许多不确定因素的制约。这就要求变压器厂家人员注重细节，严格按照工序对变压器进行组装，组装完毕后进行试验。经与厂家及国内投运百万机组技术人员调研，三相组合变压器无论在电气参数上还是在占地面积上均与普通三相共体变压器等同，现在国内三相组合变压器（1000MVA以上）特变电工已生产投运11台；常州东芝已投运11余台；西变和保变各投运2台；现在运行情况均稳定良好，由此可知三相组合变压器（ASA）技术是成熟可靠的。