水電站主變壓器選型方法及思路
| 路連接起來(lái)形成統(tǒng)一的油系統(tǒng)。這不但需要制造廠(chǎng)在設(shè)計(jì)和制造中充分考慮到組合三相變壓器在高地震地區(qū)長(zhǎng)期運(yùn)行的安全性，也要求安裝單位對(duì)該問(wèn)題有足夠的重視，保證安裝質(zhì)量。同時(shí)組合三相變壓器的低壓側(cè)三角形連接在器身內(nèi)部完成，使離相封閉母線(xiàn)布置相對(duì)簡(jiǎn)單，但是在安裝時(shí)變壓器繞組暴露在空氣中的時(shí)間較單相變壓器略長(zhǎng)。 6．2．3 布置 單相變壓器組由三臺(tái)單相變壓器組成，一般采用三相分開(kāi)布置（國(guó)外有將三臺(tái)單相變壓器布置在一個(gè)變壓器室的實(shí)例）。按我國(guó)電力設(shè)備典型消防規(guī)程（DL5027－93）要求，油量超過(guò)2 500kg及以上的變壓器必須分開(kāi)布置，距離小于10m（500kV）時(shí)應(yīng)以防火隔墻分隔。超大型水電站單相變壓器的油量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)規(guī)程的要求，必須分開(kāi)布置安裝，故占地面積大（如溪洛渡水電站單相變壓器布置尺寸約34m×11m×14m）。 組合三相變壓器能簡(jiǎn)化布置、節(jié)省占地面積。 該變壓器由引線(xiàn)連接管道或共同的上節(jié)油箱將三個(gè)單相變壓器組成一體，在布置上與三相變壓器相近（如溪洛渡水電站單臺(tái)組合三相變壓器布置尺寸約為20m×11m×14m）。 單相變壓器組與組合三相變壓器相比，缺點(diǎn)有： （1）占地面積大； （2）與發(fā)電機(jī)出口母線(xiàn)的連接復(fù)雜，母線(xiàn)布置困難，且增加母線(xiàn)長(zhǎng)度、運(yùn)行費(fèi)用和能耗； ?。?）需增加地下洞室尺寸來(lái)布置廠(chǎng)用電設(shè)備，增加了土建的工程量； ?。?）廠(chǎng)用電設(shè)備不易合理地布置在供電負(fù)荷附近，增大了供電回路損耗、壓降且難免電纜交叉布置等問(wèn)題。 因此，在變壓器布置方面上，組合三相變壓器比單相變壓器組在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上均更為合理。 6．2．4 備用相 超大型水電站采用單相變壓器組或組合三相變壓器，為了保證電站運(yùn)行的可靠性，當(dāng)變壓器臺(tái)數(shù)較多時(shí)需設(shè)置備用相，以提高電站運(yùn)行可靠性，減少停電損失。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(cè)連接處拆開(kāi)取出故障 相，將備用相安裝就位重新連接好高低壓側(cè)，并作相應(yīng)試驗(yàn)即可。而組合三相變壓器更換備用相除需上述工作外，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(tǒng)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，并且還要對(duì)新的變壓器重作必要的試驗(yàn)后才能再次投入運(yùn)行，更換故障相的時(shí)間較長(zhǎng)。 6．2．5 冷卻方式 在水電站設(shè)計(jì)中，對(duì)于布置在地下廠(chǎng)房?jī)?nèi)的主變壓器，一般采用水冷卻方式，因?yàn)閷?duì)于水電站來(lái)說(shuō)取水相對(duì)容易，水冷卻器效率高、噪音低，與風(fēng)冷方式相比，可改善地下廠(chǎng)房的通風(fēng)散熱條件，提高變壓器效率和運(yùn)行可靠性。但我國(guó)主要的大江大河一般含砂量較大，部分流域存在浮石、雜草和水生物等雜質(zhì)，易使冷卻器管路發(fā)生堵塞，降低冷卻效率，甚至導(dǎo)致冷卻器故障，所以選擇水冷卻器時(shí)也應(yīng)根據(jù)各電站現(xiàn)場(chǎng)具體情況采用不同型號(hào)的冷卻器。 目前排砂型以及雙重管密封結(jié)構(gòu)的水冷器已研制開(kāi)發(fā)成功，并已在二灘、龔嘴、劉家峽、太平驛、萬(wàn)安、東風(fēng)電站應(yīng)用，運(yùn)行情況良好。以前生產(chǎn)的水冷卻器進(jìn)水口承受的壓力僅為0．07 MPa，新型水冷卻器進(jìn)出水承受壓力可達(dá)1．0 MPa。采用雙重管密封結(jié)構(gòu)的水冷器，在發(fā)生管道滲漏時(shí)，設(shè)于夾層中監(jiān)測(cè)滲漏的傳感器將發(fā)出信號(hào)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，避免冷卻水從脹口部位滲入油中。 根據(jù)超大型水電站實(shí)際情況和國(guó)內(nèi)外水冷卻器的研制、生產(chǎn)和運(yùn)行情況綜合考慮，主變壓器水冷卻器宜采用雙重管、排砂型的產(chǎn)品。 7 變壓器結(jié)構(gòu) 目前世界上生產(chǎn)兩種不同結(jié)構(gòu)形式的變壓器： 一種為芯式變壓器結(jié)構(gòu)；另一種為殼式變壓器結(jié)構(gòu)。絕大多數(shù)的制造廠(chǎng)生產(chǎn)芯式變壓器，只有少數(shù)制造廠(chǎng)生產(chǎn)殼式變壓器。一般殼式變壓器多為大容量變壓器。兩種變壓器的主要結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)如下： 7．1 鐵芯 芯式變壓器的鐵芯為立式框架結(jié)構(gòu)，繞組圍繞芯柱成立式圓筒布置。芯柱用不同寬度的硅鋼片疊裝成圓形，上、下磁軛用同樣寬度的硅鋼片疊裝成矩形，并用夾件緊固，鐵芯與繞組被固定在油箱中。 殼式變壓器具有兩平行磁路，鐵芯圍繞繞組成水平布置。鐵芯由同樣寬度的硅鋼片組成，并在下層箱體的凸緣上進(jìn)行搭接疊裝。上箱體落在鐵芯繞組裝配件上，并與下箱體焊接，鐵芯被固定。鐵芯四周靠箱體側(cè)板可靠的壓緊，而未采用壓緊螺栓，不會(huì)因不均勻壓緊而使變壓器特性變壞。 7．2 繞組 芯式變壓器繞組用紙包扁銅線(xiàn)或多根并聯(lián)換位導(dǎo)線(xiàn)繞制而成。繞組結(jié)構(gòu)有連續(xù)圓筒式，連續(xù)餅式和糾結(jié)式。不同電壓繞組分內(nèi)外層布置，如雙繞組變壓器有高低布置和高低高布置。 殼式變壓器繞組用紙包矩形（幾乎為正方形）銅導(dǎo)線(xiàn)或多根并聯(lián)換位導(dǎo)線(xiàn)繞制而成。數(shù)根導(dǎo)體包在一起作為一個(gè)線(xiàn)圈元件，并有連續(xù)絕緣紙層，層外涂有黏接劑，以便成形線(xiàn)圈每層牢固黏在一起。繞制結(jié)構(gòu)多為糾結(jié)式，不同電壓繞組成垂直平行布置，低壓繞組緊靠磁軛布置，高低壓部分繞組組成一組，一般變壓器繞組由二組、四組或六組組成。 7．3 特點(diǎn) 殼式變壓器繞組完全被絕緣材料覆蓋，繞組成垂直布置，在繞組和鐵芯之間嵌入木楔，以防錯(cuò)位，所有各面都被鐵芯和油箱緊緊夾住，機(jī)械力分布在較大的區(qū)域內(nèi)，機(jī)械強(qiáng)度高，可放倒運(yùn)輸。鐵芯的整個(gè)周邊被箱體側(cè)板壓緊，因此噪音水平較低。 上述兩種結(jié)構(gòu)型式都適用于超大型水電站的主變壓器。 8 經(jīng)濟(jì)分析 變壓器的經(jīng)濟(jì)分析應(yīng)考慮變壓器的本體造價(jià)、運(yùn)輸費(fèi)用、土建工程費(fèi)用、安裝調(diào)試費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)等綜合費(fèi)用，以及國(guó)內(nèi)外主要變壓器廠(chǎng)對(duì)變壓器本體造價(jià)的報(bào)價(jià)不一等因素。國(guó)內(nèi)工程的主變壓器經(jīng)濟(jì)比較見(jiàn)表2。 根據(jù)已收集的國(guó)內(nèi)外主要變壓器廠(chǎng)所提供的資料，并參考其他已建和在建工程的比較結(jié)果，對(duì)主變壓器采用單相變壓器、組合三相變壓器方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，各部分費(fèi)用的相對(duì)比較見(jiàn)表3。 9 綜合比較和結(jié)論 9．1 綜合比較 單相變壓器組：雖然該方案設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)成熟，可靠性高，設(shè)置備用相后，故障時(shí)更換較方便，停電時(shí)間短，單相運(yùn)輸重量能滿(mǎn)足水運(yùn)或鐵路運(yùn)輸?shù)囊?，但投資最貴，且布置比較擁擠。 組合三相變壓器：投資比單相變壓器省，設(shè)置備用相后，故障相更換時(shí)間較單相變壓器長(zhǎng)，具有一定的設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)，可靠性較高，運(yùn)行維護(hù)方便；運(yùn)輸重量在60t以下，能滿(mǎn)足水運(yùn)或鐵路運(yùn)輸?shù)囊?；隨著變壓器制造和安裝水平的提高，通過(guò)制造廠(chǎng)的現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo)和配合，可適當(dāng)提高變壓器的可靠性和縮短安裝工期；組合三相變壓器布置簡(jiǎn)便，為大型地下廠(chǎng)房的布置節(jié)約了開(kāi)挖量和土建工程量；組合三相變壓器有利于發(fā)電機(jī)母線(xiàn)的布置、縮短母線(xiàn)長(zhǎng)度、節(jié)約母線(xiàn)投資、節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用和降低能耗。 9．2 結(jié)論 受溪洛渡水電站運(yùn)輸條件的限制，不宜采用整體三相變壓器方案；為了保證變壓器整體安裝質(zhì)量和工期，不推薦采用現(xiàn)場(chǎng)組裝三相變壓器方案；組合三相變壓器和單相變壓器組均能滿(mǎn)足溪洛渡水電站安全可靠運(yùn)行的要求，但組合三相變壓器投資較省，可大大縮小變壓器的占地面積，這對(duì)采用地下廠(chǎng)房布置的水電站來(lái)說(shuō)尤為重要；采用組合三相變壓器有利于大電流離相封閉母線(xiàn)的布置連接，具有縮短母線(xiàn)長(zhǎng)度、減低母線(xiàn)投資和電能損耗等優(yōu)越性。 綜合考慮溪洛渡水電站的具體情況，推薦組合三相變壓器為其主變壓器型式 |
