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大型發(fā)電機變壓器結構型式的探討

  摘要:介紹了大型發(fā)電機變壓器主要的結構型式,并分析了每種結構型式的優(yōu)缺點(diǎn)。 
  關(guān)鍵詞:結構型式;單相變壓器組式;三相一體式;現場(chǎng)組裝式;三相組合式 
  中圖分類(lèi)號:TM41文獻標識碼 :A 
  1.引言 
  發(fā)電機主變壓器是發(fā)電廠(chǎng)發(fā)出電能必不可少的重要設備。隨著(zhù)電力工業(yè)的發(fā)展,發(fā)電機單機容量不斷增大,與之配套的主變器容量也隨之增大。目前我國最大的三相變壓器容量達1200MVA, 單相變壓器容量達700MVA。這樣的龐然大物既要考慮設備的安全性、經(jīng)濟性,還要能做的出來(lái),運得出去,那么變壓器選擇合適的結構型式就顯得尤為重要了,是設計大型發(fā)電機變壓器考慮的首要條件。 
  2可供選擇的結構型式 
  2.1單相變壓器組式 
  單相變壓器有著(zhù)非常成熟的設計、制造、運行經(jīng)驗。單相變壓器組由三個(gè)結構完全一致的單相變壓器組成,每臺變壓器有獨立的電路、磁路、油路、冷卻器和儲油柜等,方便設置備用相而且成本低。變壓器體積適中,運輸重量較輕。流經(jīng)低壓套管電流較小,易于選擇。而且單相變壓器結構布置靈活,器身結構可以采用單相三柱式,繞組布置在一個(gè)芯柱上,一般用在單相容量在400MVA以下變壓器。器身結構也可以采用單相四柱式,一般用在單相容量在400MVA以上變壓器,繞組布置在兩個(gè)芯柱上,雙柱采用并聯(lián)或串聯(lián)結構,每柱容量為總容量的一半,變壓器整體漏磁分布易于控制,可以防止局部過(guò)熱的產(chǎn)生,同時(shí)大幅度降低短路發(fā)生力。目前在制的單相四柱式變壓器容量達700MVA,若有需求,容量還可以突破,這種優(yōu)點(diǎn)是三相變壓器不具備的。
  但是單相三柱式變壓器組的空載損耗和制造成本高于三相變壓器,單相四柱式變壓器組制造成本還要更高。而且變壓器高壓繞組中性點(diǎn)連接和三個(gè)低壓繞組的三角形連接需要在安裝現場(chǎng)完成,離相封閉母線(xiàn)成本較高,現場(chǎng)安裝和日常維護的工作量也較大。三臺變壓器間要設置防火墻,占地面積大,且GIS及封母布置也將占很大空間。 
  2.2三相一體式 
  三相一體式變壓器也是常規結構,制造運行經(jīng)驗豐富,可靠性高。外部連接結構簡(jiǎn)單,布置占地面積少,制造成本低。但是受運輸條件和運輸費用的限制。容量1200MAV的三相一體式變壓器本體運輸重量達到480噸,運輸尺寸達11.4mX3.4mX5.6m(長(cháng)X寬X高)。如此特大重量和體積的變壓器必須具備良好的運輸條件。 
  三相一體式變壓器跟單相雙柱式變壓器比,每相容量只能布置在一個(gè)心柱上,隨著(zhù)單臺變壓器容量的增加漏磁也隨之迅速增大,漏磁分布是影響變壓器短路發(fā)生力和是否存在局部過(guò)熱的重要因素。即使沒(méi)有運輸條件限制,變壓器總容量也難以突破。目前有相關(guān)用戶(hù)咨詢(xún)1440MVA/500kV三相一體式變壓器的可行性,但是還沒(méi)有成功的制造和運行經(jīng)驗,由于漏磁控制存在困難,風(fēng)險不可控,存在局部過(guò)熱的風(fēng)險。 
  在無(wú)運輸條件限制,容量不是特別巨大(超過(guò)1200MVA)時(shí)應優(yōu)先采用三相一體式變壓器。
  2.3現場(chǎng)組裝式 
  現場(chǎng)組裝式是將變壓器的主要結構合理地分解為幾個(gè)運輸單元,控制每個(gè)運輸單元的運輸重量和尺寸以滿(mǎn)足正常鐵路或公路運輸?,F場(chǎng)組裝變壓器分離鐵心后現場(chǎng)組裝鐵心,現場(chǎng)進(jìn)行整體器身復裝,組裝完成后外形和三相一體式基本相同,具備三相一體式變壓器外部連接結構簡(jiǎn)單,布置占地面積少的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)分解運輸能實(shí)現超大型變壓器的運輸,尤其對西北、西南等地區可以采用三相一體變壓器,降低變壓器運輸費用,減少了占地面積和工程土建投資。 
  現場(chǎng)需搭建一座臨時(shí)恒溫干燥的防塵工作間進(jìn)行變壓器組裝,現場(chǎng)需要較大的操作空間。施工周期一般3-4個(gè)月/臺。同三相一體式相比,三相一體式可以采用桶式油箱,也可以采用鐘罩式油箱,現場(chǎng)組裝只能采用鐘罩式油箱,對超大容量變壓器來(lái)說(shuō)如果屏蔽措施不當容易引起箱沿過(guò)熱。因為要考慮每個(gè)鐵心單元的結構強度,同等鐵心直徑的有效截面積要比三相一體式小,所以制造成本略高于三相一體變壓器?,F場(chǎng)組裝式完成組裝后無(wú)法進(jìn)行操作沖擊試驗和雷電沖擊試驗,有潛在的風(fēng)險。 
  2.4三相組合式 
  三相組合式變壓器由獨立密封運輸的三個(gè)單相變壓器和一個(gè)公共母線(xiàn)管道組成。每個(gè)單相變壓器引出低壓母線(xiàn)在公共母線(xiàn)管道內實(shí)現三角形連接,由三只大電流低壓套管離相封母引出;高壓中性點(diǎn)引出線(xiàn)通過(guò)連接管路,將三個(gè)中性點(diǎn)連接后,由一只中性點(diǎn)套管引出。三臺單相變壓器共用一套冷卻系統和儲油柜,油路聯(lián)通。三相組合式變壓器間不需設置防火墻,較單相變壓器組式占地面積小,每個(gè)單相變壓器結構型式與單相變壓器組相同,體積適中,運輸重量輕,便于運輸。三相組合式變壓器可以設置單相變壓器作為備用,但是這種備用是存在一定風(fēng)險的,因為三相變壓器油路是相通的,一相變壓器故障難以保證其他兩相不被污染。 
  三相組合式變壓器較單相變壓器組式易于維護和檢修,但是現場(chǎng)安裝難度大。而且一但發(fā)生故障,現場(chǎng)的拆裝相當麻煩,耗時(shí)長(cháng)。三相組合式變壓器的制造成本和單相變壓器組式相當。但是由于大電流引線(xiàn)通過(guò)公共母線(xiàn)管道引起附加損耗,負載損耗高于單相變壓器組。
  3. 綜合分析 
  每一種結構的變壓器都有自己的特點(diǎn),只要科學(xué)設計,精心制造都具有良好的性能和足夠的安全可靠性。而且也都有安全運行的案例。例如山東鄒縣電廠(chǎng)DFP-380000/500的單相組式變壓器,廣東惠來(lái)SFP-1140000/500三相一體式變壓器,溪洛渡水電站SSP-H-860000/500三相組合式變壓器,大崗山水電站SSP-723000/500現場(chǎng)組裝式變壓器都已經(jīng)掛網(wǎng)運行,安全無(wú)事故。 
  4.結論 
  大型發(fā)電機變壓器結構型式的選擇應從電廠(chǎng)實(shí)際工程條件、運輸可行性、產(chǎn)品可靠性、設備占地面積、經(jīng)濟效益等多方面因素綜合考慮,結合各種結構型式變壓器的特點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)選型。一般在無(wú)運輸條件限制,容量不是特別巨大(超過(guò)1200MVA)時(shí)應優(yōu)先采用三相一體式變壓器。當運輸條件僅適用單相變壓器時(shí),電站用地寬松優(yōu)先采用單相變壓器組,電站用地緊張時(shí)采用三相組合式變壓器。如果運輸條件連單相變壓器也不能滿(mǎn)足,現場(chǎng)組裝式變壓器是最后的選擇。但是,事物不是一成不變的,隨著(zhù)現場(chǎng)組裝式變壓器技術(shù)的日益完善、成熟,將來(lái)也很可能成為首選。 
  參考文獻: 
 ?。?)楊紅,溫風(fēng)香.溪洛渡主變壓器型式選擇[J].東北水利電力,2011(11)。 
 ?。?)陳振杰.主變壓器選型式分析[J].電力與能源,2010(1) 



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