溪洛渡主變壓器型式選擇

楊 紅，溫鳳香

（中國水電顧問集團成都勘測設計研究院，四川 成都 610072）

1 概 況

溪洛渡水電站位于四川省雷波縣和云南省永善縣境內，上接白鶴灘電站尾水，下與向家壩電站水庫相接。溪洛渡水電站是金沙江下游的一座巨型電站，以發電為主，兼有攔沙、防洪、改善下游航運條件等綜合效益。電站裝機18臺（左、右岸廠房各9臺），單機容量770 MW，年平均發電量572億kW·h。預計2012年上半年首臺機組安裝完成，2013年6月底首批機組發電。

2 電氣主接線

溪洛渡電站左、右岸的電氣主接線為：發電機與變壓器的組合方式為單元接線；裝設發電機出口斷路器；500 kV側為4/3接線和3/2接線，左岸電站共3回出線送往國家電網，右岸共4回出線，其中3回送南方電網，1回送云南電網。

3 主變壓器型式選擇

由于溪洛渡電站發電機－變壓器組合方式為單元接線，主變壓器的額定容量應與發電機最大容量855.6 MV·A相匹配。根據電站的運輸條件，不可能采用常規三相變壓器，主變壓器型式只有3種可供選擇：單相變壓器組、組合式三相變壓器和現場組裝三相變壓器。近幾年國內龍灘、拉西瓦、瀑布溝等一批大型水電站的建設，使變壓器制造廠的500 kV大容量變壓器設計、制造水平有較大提高，安裝經驗也更加豐富。所以有必要對這三種型式的主變壓器進行技術分析和經濟比較，為電站選擇技術可靠、經濟合理的主變壓器型式。

3.13種變壓器型式簡介

單相變壓器組方案由3臺普通單相變壓器通過IPB在外部Δ連接成三相。組合式三相變壓器是設計及制造經驗較成熟、應用較廣的3臺特殊結構單相變壓器組合方案。其組合方式為各相采用單獨的油箱，僅用引線管道將3臺單相變壓器連成一體，即相當于將3臺獨立的單相變壓器的油路和電路連接在一起。

現場組裝三相變壓器又稱解體運輸變壓器，這種變壓器在現場組裝后從外形上看與普通三相變壓器相同，但由于運輸條件的限制，變壓器的內部結構做成可拆卸的若干部分，運輸時各部分分別運輸，在現場再組裝成整體。

3.2 技術比較

1）設計制造難度

單相變壓器有成熟的經驗，不存在設計制造難度。

組合式三相變壓器的設計和制造難度比單相變壓器大。由于組合式三相變壓器是在現場用引線連接管道或共同的上節油箱將3個單相變壓器組成一體，變壓器低壓側的三角形連接在共用油箱中形成，3個單相的高壓側繞組的x，y，z端在共用油箱中形成中性點引出箱體。使得組合式三相變壓器在設計、制造上有其特殊性。制造廠需對母線連接箱及引線周圍部件的電磁屏蔽措施、母線連接箱的冷卻方式、油循環方式、三相連接處的結構、三相共用底座、變壓器安裝及尺寸控制等方面予以足夠的重視，并采取行之有效的措施。

現場組裝三相變壓器是將變壓器分解成U型鐵芯、線圈、上部油箱、中間油箱、下部油箱等主要部分；運輸到現場后將在具備和工廠一樣的管理水平的雙層防塵室內進行器身裝配、引線連接真空注油以及一系列現場試驗項目，然后投入運行。一般認為，采用現場組裝三相變壓器的主要問題是其對現場組裝環境條件的要求較高，工藝較復雜，技術風險比單相變壓器組或組合式三相變壓器大，且500 kV現場組裝三相變壓器在國內的大型水電站業績較少。

2）設備的可靠性和安全性

單相變壓器組由3臺單相變壓器組成，3臺變壓器分別布置在單獨房間內，油路完全分開，低壓引線在變壓器外部形成低壓△連接，再與發電機離相封閉母線相連，變壓器三相是完全隔離開的，變壓器低壓側發生二相或三相短路很低且不會因任一相高壓套管的故障影響其它兩相；而組合式三相變壓器和現場組裝三相變壓器是在母線連接箱內部形成△連接，用3只套管引出與發電機母線相連，變壓器的油路和電路均相通，在相間連接處存在著二相或三相短路的可能性且高壓套管的故障可能通過油路傳到其它兩相。

單相變壓器與組合式三相變壓器的運輸方式相同，在現場僅需安裝套管、冷卻器及三相連接結構等附件。現場組裝變壓器運到現場后安裝時繞組暴露時間相對較長。通常制造廠的組裝工藝均將暴露在空氣中的時間嚴格限制在允許的范圍內。以目前已運行的現場組裝三相變壓器看，這種變壓器的質量也是能保證的。

3）備用相

關于備用相的設置，DL/T 5186-2004《水力發電廠機電設計規范》中規定：“采用單相變壓器組的水電廠，年利用小時數在4000 h及以上，且設有4組及以上相同容量的單相變壓器組可設置1臺備用相。”對于組合式三相變壓器或現場組裝變壓器是否設置備用相，無相關的規定。

實際工程中，對于500 kV單相變壓器，國內已投運的電站大型電站如二灘水電站、天荒坪電站及正在建設的拉西瓦水電站等，均設置了備用相；對于500 kV組合式三相變壓器，國內在建的龍灘水電站 (7臺套500 kV，780 MV·A變壓器)、瀑布溝水電站(6臺套500 kV，667 MV·A變壓器)均未設置備用相。

該電站左右兩岸廠房各裝機9臺，采用單相變壓器組或組合三相變壓器，都各有27相，兩岸共54相。根據可靠性計算認為有必要設置備用相或備用變壓器。采用現場組裝變壓器只能設置備用變壓器，布置在主變洞內。

現場組裝三相變壓器的備用變壓器更換簡單，只需將故障變壓器退出，將備用變壓器就位即可。單相變壓器組的備用相更換較組合三相變壓器方便，只需要將高、低壓側連接處拆開移出故障相，將備用相安裝就位重新連接好高、低壓側，并作相應試驗即可。而組合三相變壓器更換備用相除作上述工作外，還必須排出部分組合三相變壓器的變壓器油、拆下共用油系統的所有管路、移出故障相，然后將備用相安裝就位，連接好油路，更換故障相的時間較長。

3.3 經濟比較

與單相變壓器相比，組合式三相變壓器或現場組裝三相變壓器大大縮小變壓器的占地面積，減小土建投資。且組合式三相變壓器或現場組裝三相變壓器有利于大電流離相封閉母線的布置連接，可以縮短母線長度、降低母線投資和電能損耗。對于同一變壓器制造廠而言，同容量單相變壓器組、組合式三相變壓器和現場組裝三相變壓器，若單相變壓器組的價格為1，組合變壓器的價格為92%～95%，現場組裝變壓器的價格為85%～90%。但因不同變壓器廠的價格差異，實際3種變壓器的價格差異并不大。考慮備用后三者的設備投資見表1。

表1 變壓器設備價格表

3.4 推薦方案

組合三相變壓器和單相變壓器組均能滿足該電站安全可靠運行的要求，但組合三相變壓器投資較省，可降低母線投資和電能損耗。組合三相變壓器占地面積小，布置合理。組合三相變壓器比單相變壓器組在技術上和經濟上都合理。為保證溪洛渡電站的工程質量、工期和安全可靠運行，該工程不宜推薦采用現場組裝三相變壓器。所以推薦溪洛渡水電站的主變壓器型式為組合三相變壓器

4 主變壓器的主要技術參數

溪洛渡電站主變壓器采用公開招標，最終由特變電工衡陽變壓器有限公司和保定天威保變電氣股份有限公司中標，主變壓器的主要技術參數如下：

組合式三相變壓器：額定容量為860 MV·A；額定頻率為50 Hz；額定變比為550－2×2.5%/20 kV；阻抗電壓為不小于16%；冷卻方式為ODWF；聯結組別為YN.d11。

高壓側絕緣水平：雷電沖擊絕緣水平（BIL）全波為1550 kV；截波為1675 kV；操作沖擊絕緣水平（SIL）為1175 kV；1 min工頻耐受電壓為680 kV。

中性點絕緣水平：雷電沖擊絕緣水平（BIL）為185 kV；1 min工頻耐受電壓為85 kV。

低壓側絕緣水平：雷電沖擊絕緣水平（BIL）。

全波為125 kV；截波為140 kV；1 min工頻耐受電壓為55 kV。

低壓側進線方式：接離相封閉母線。

高壓側出線方式：接GIS。

中性點接地方式：直接接地。