清蓄电站500kV变压器使用国产硅钢片的研究

任 杰

（清远蓄能发电有限公司，广东清远511853）

1 引言

广东清远抽水蓄能电站发电机变压器SSP-380000/500是与4台立式单级混流可逆式水泵水轮机-发电电动机组配套的主变压器。电站将担任广东电网的调峰、调频、填谷、调相以及事故备用等任务。特变电工衡阳变压器有限公司成为清远抽水蓄能电站4台525kV主变压器及其附件的供货厂家。

由于该产品容量大，漏磁大，开、合闸频繁及GIS隔离开关操作产生的快速瞬变过电压，因此，控制因漏磁而产生的结构损耗，解决局部过热，提高产品抗短路能力，提高产品因频繁切换时抗冲击力的能力，及承受频繁操作过电压冲击的能力，是该产品的关键。经过绝缘油试验、绕组变形测量、空载损耗和空载电流测量、线端的雷电冲击试验、感应耐压试验等多达27项试验验证，4台变压器的各项性能参数全部满足合同技术协议要求。

2 组成及主要技术参数

2.1 变压器构成

广东清远抽水蓄能电站变压器SSP-380000/500是与4台立式单级混流可逆式水泵水轮机-发电电动机组配套的主变压器。铁心采用三相五柱式、D型轭、五级步进接缝，高压线圈采用插花纠+普纠+内屏+连续式，采用组合导线与自粘性换位导线，低压线圈采用U型结构，采用自粘性换位导线，高压采用SF6套管出线，油箱内加装磁屏蔽和电屏蔽，该产品采用计算机进行电磁优化设计，应用专有软件进行电场计算、主纵绝缘强度、绕组温升、油流分布及漏磁场分析，合理地选择线圈型式及绝缘结构。同时进行了短路强度及油箱的机械强度计算，从而提高了产品的可靠性。

清蓄电站500kV主变压器由器身、油箱、储油柜、冷却装置、出线装置、保护装置、控制系统组成。主变压器高压侧与SF6气体绝缘封闭母线相连，低压侧连接15.75kV离相封闭母线；变压器高压中性点套管引出，直接接地。变压器在升压（发电机工况）和降压（电动机工况）两种正常运行方式下，要求均能满足额定容量的要求并应考虑抽水蓄能电站的特殊性及500kV直流换流站单极大地回路运行方式对变压器的影响。

2.2 变压器主要参数

产品型号：SSP-380000/500

产品代号：1TBEA.710.10139

生产号：120413

额定容量：380000/380000kVA

额定电压：525±2×2.5%/15.75kV

额定电流：417.89/13929.42A

频率：50Hz

联结组标号：YNd11

冷却方式：ODWF

表1 变压器参数

3 宝钢B27R095硅钢片资料参数

宝钢B27R095硅钢片表示工程厚度为0.27mm磁畴细化高磁感取向电工钢，铁损的保证值P17/50不大于0.95W/kg。磁畴细化高磁感取向电工钢拥有优异的电磁性能：高精度尺寸与优异的力学性能便于用户分条、剪切与叠片，卓越的尺寸精度，确保取向电工钢良好的板型。电工钢表面平滑、厚度均匀、同板差小、叠片系数高；优良的表面涂层性能：具有均匀的表面涂层，良好的附着性，防止加工时的涂层脱落，层间绝缘性能良好。

宝钢B27R095硅钢片是宝钢公司的高端产品，该产品为经过激光刻痕工艺处理的高导磁晶粒取向硅钢片，具有如下优点：

（1）采用激光刻痕工艺，可降低由磁滞伸缩产生的噪声及震动。

（2）通过激光刻痕工艺细分磁畴，能有效降低空载损耗。

经中国计量科学研究院监测（证书编号：GJcc2009-1186），宝钢B27R095型硅钢片满足清蓄电站主变合同的技术协议值：

样品质量M：0.4845kg

样品长度L：0.500m

材料密度ρm:7650kg/m3

材料厚度：0.27×10-3

涡流损耗系数e：0.50

（1）在频率为50Hz时，交流磁化的比总消耗值Ps：

磁极化强度峰值J/T 比总损耗值Ps/W/kg

1.5 0.617

1.7 0.842

测试结果不确定度为U=1.5%（k=2）

（2）在频率为50Hz时，磁感应强度峰值B：

磁场强度峰值H/A/m 磁感应强度峰值B/T

800 1.910

1000 1.924

2500 1.970

测试结果不确定度为U=1.0%（k=2）。

（3）在频率为60Hz时，交流磁化的比总消耗值Ps：

磁极化强度峰值J/T 比总损耗值Ps/W/kg

1.5 0.827

1.7 1.142

测试结果不确定度为U=1.5%（k=2）。

4 宝钢B27R095与新日铁27ZH100硅钢片性能参数比对

4.1 变压器对铁磁材料的要求

（1）单位重量的铁损（W/kg）尽可能低，以节省能耗；

（2）允许磁密高，磁化性能好，不易饱和；

（3）加工容易，机械性能好；

（4）电阻率高，可有效减小涡流损耗；

（5）冷轧高硅钢含硅量高于6%；

（6）硅钢片机械加工需表面光滑、平整、厚度均匀；（7）硅钢片在轧制方向形成很高的磁导率。

4.2 基本参数对比

通过表2对比可以看出，宝钢B27R095与新日铁27ZH100两种硅钢片的物理性能相近。

表2 参数对比

4.2.1 单位铁损对比

图1 B27R095铁损曲线

图2 27ZH100铁损曲线

在频率为50Hz，磁密为1.7T(工作磁密)时的单位铁损见表3：

表3 铁损对比

可以看出，宝钢B27R095硅钢片单位铁损值比新日铁27ZH100硅钢片低0.05W/kg，偏差百分数为-5.4%。

4.2.2 激磁容量对比

图3 B27R095激磁容量曲线

图4 27ZH100激磁容量曲线

频率为50Hz，磁密为1.7T磁密（工作磁密）时的单位激磁容量见表4：

表4 激磁容量对比

可以看出，宝钢B27R095硅钢片单位激磁容量比日本新日铁27ZH100硅钢片高0.04VA/kg，偏差百分数为2.2%

4.3 主变压器关键性能参数比对（表5）

由计算结果对比可得：使用宝钢B27R095硅钢片时空载损耗比使用27ZH100硅钢片时低约4.7kW，偏差百分数-3.4%。使用宝钢B27R095硅钢片时空载电流比使用27ZH100硅钢片时高0.01%，偏差百分数10%,但与协议要求空载电流0.15%相比，偏差百分数为-50%。其他各项参数均满足技术协议要求。

表5 关键性能参数对比表

5 试验数据

经过绝缘油试验、绕组变形测量、空载损耗和空载电流测量、线端的雷电冲击试验、感应耐压试验等多达27项试验验证，4台变压器的各项性能参数全部满足合同技术协议要求。试验期间，清蓄建管局、法国法电集团及广州健翔咨询有限公司技术管理人员按照预先审定的出厂试验方案大纲，全程现场见证了4台主变压器的出厂试验，经过各方人员的共同努力，顺利完成主变的出厂试验。

试验数据见下页表6。

（1）空载试验结果明显优于额定频率额定电压时空载损耗≤147kW，额定频率额定电压时空载电流≤0.15%的合同要求；

（2）按GB7328的测量方法和规定，在额定电压下，当变压器强油水冷装置的泵组不投入运行时，在距离变压器外廓线0.3m处测量，不大于78dB(A)；当水冷却器、油泵投入运行并在额定电压时，在距离变压器外廓线2m处测量，变压器和冷却器的声压级不大于78dB(A)。试验结果同样优于合同要求。

反映出，清蓄电站500kV变压器的硅钢片在使用宝钢B27R095型替代日本新日铁27ZH100型后，重要指标均满足采购要求。

6 业绩及典型应用

宝钢取向硅钢产品投产后，打破了进口产品在高电压、大容量变压器上的垄断，陆续完成了使用硅钢的各类型变压器制作、运行。

（1）首台大型水电升压变－三峡地下电站（500 kV/780MVA）。

（2）首台直流变压器－葛沪直流改造工程（500 kV/280MVA）。

（3）首台百万容量变压器－华润湖北电厂（500 kV/1140MVA）。

（4）溪洛渡水电枢纽－升压变（500kV/860 MVA）。

（5）向家坝水电枢纽－升压变（500kV/890 MVA）。

（6）首台750kV变压器－青藏交直流联网工程（750kV/700MVA）。

（7）首台双百万交流变压器－皖电东送（1000kV/1000MVA）。

表6 主变出厂试验数据

7 结论和建议

通过上述对比分析可以得出以下结论：

（1）通过比较，宝钢B27R095硅钢片单位铁损低于日本新日铁27ZH100硅钢片，单位激磁容量两者相差不大；

（2）宝钢B27R095硅钢片与日本新日铁27ZH100硅钢片相比，两者机械性能和物理性能相当；

（3）使用宝钢B27R095硅钢片，清蓄电站500kV主变压器主要参数指标优于合同要求，满足运行需求；

（4）国产硅钢片的实际应用打破了重要进口原材料在高电压、大容量变压器上的垄断，对推进高、精、尖产品国产化起到了重要的示范作用。

参考文献:

[1] 阮瑞琪.“阶梯叠”铁心变压器降低空载损耗和噪声的探讨[J].变压器,1998（2）：13-16.

[2] 新日本制铁株式会社.电力变压器用铁心材料Hi-B取向硅钢[Z],1994.