水电站主变压器选型方法及思路
| 路连接起来形成统一的油系统。这不但需要制造厂在设计和制造中充分考虑到组合三相变压器在高地震地区长期运行的安全性，也要求安装单位对该问题有足够的重视，保证安装质量。同时组合三相变压器的低压侧三角形连接在器身内部完成，使离相封闭母线布置相对简单，但是在安装时变压器绕组暴露在空气中的时间较单相变压器略长。 6．2．3 布置 单相变压器组由三台单相变压器组成，一般采用三相分开布置（国外有将三台单相变压器布置在一个变压器室的实例）。按我国电力设备典型消防规程（DL5027－93）要求，油量超过2 500kg及以上的变压器必须分开布置，距离小于10m（500kV）时应以防火隔墙分隔。超大型水电站单相变压器的油量远远超过规程的要求，必须分开布置安装，故占地面积大（如溪洛渡水电站单相变压器布置尺寸约34m×11m×14m）。 组合三相变压器能简化布置、节省占地面积。 该变压器由引线连接管道或共同的上节油箱将三个单相变压器组成一体，在布置上与三相变压器相近（如溪洛渡水电站单台组合三相变压器布置尺寸约为20m×11m×14m）。 单相变压器组与组合三相变压器相比，缺点有： （1）占地面积大； （2）与发电机出口母线的连接复杂，母线布置困难，且增加母线长度、运行费用和能耗； （3）需增加地下洞室尺寸来布置厂用电设备，增加了土建的工程量； （4）厂用电设备不易合理地布置在供电负荷附近，增大了供电回路损耗、压降且难免电缆交叉布置等问题。 因此，在变压器布置方面上，组合三相变压器比单相变压器组在技术和经济上均更为合理。 6．2．4 备用相 超大型水电站采用单相变压器组或组合三相变压器，为了保证电站运行的可靠性，当变压器台数较多时需设置备用相，以提高电站运行可靠性，减少停电损失。单相变压器组的备用相更换较组合三相变压器方便，只需要将高、低压侧连接处拆开取出故障 相，将备用相安装就位重新连接好高低压侧，并作相应试验即可。而组合三相变压器更换备用相除需上述工作外，还必须排出部分组合三相变压器的变压器油，拆下共用油系统的所有管路，移出故障相，然后将备用相安装就位，连接好油路，并且还要对新的变压器重作必要的试验后才能再次投入运行，更换故障相的时间较长。 6．2．5 冷却方式 在水电站设计中，对于布置在地下厂房内的主变压器，一般采用水冷却方式，因为对于水电站来说取水相对容易，水冷却器效率高、噪音低，与风冷方式相比，可改善地下厂房的通风散热条件，提高变压器效率和运行可靠性。但我国主要的大江大河一般含砂量较大，部分流域存在浮石、杂草和水生物等杂质，易使冷却器管路发生堵塞，降低冷却效率，甚至导致冷却器故障，所以选择水冷却器时也应根据各电站现场具体情况采用不同型号的冷却器。 目前排砂型以及双重管密封结构的水冷器已研制开发成功，并已在二滩、龚嘴、刘家峡、太平驿、万安、东风电站应用，运行情况良好。以前生产的水冷却器进水口承受的压力仅为0．07 MPa，新型水冷却器进出水承受压力可达1．0 MPa。采用双重管密封结构的水冷器，在发生管道渗漏时，设于夹层中监测渗漏的传感器将发出信号，可及时发现问题，避免冷却水从胀口部位渗入油中。 根据超大型水电站实际情况和国内外水冷却器的研制、生产和运行情况综合考虑，主变压器水冷却器宜采用双重管、排砂型的产品。 7 变压器结构 目前世界上生产两种不同结构形式的变压器： 一种为芯式变压器结构；另一种为壳式变压器结构。绝大多数的制造厂生产芯式变压器，只有少数制造厂生产壳式变压器。一般壳式变压器多为大容量变压器。两种变压器的主要结构及特点如下： 7．1 铁芯 芯式变压器的铁芯为立式框架结构，绕组围绕芯柱成立式圆筒布置。芯柱用不同宽度的硅钢片叠装成圆形，上、下磁轭用同样宽度的硅钢片叠装成矩形，并用夹件紧固，铁芯与绕组被固定在油箱中。 壳式变压器具有两平行磁路，铁芯围绕绕组成水平布置。铁芯由同样宽度的硅钢片组成，并在下层箱体的凸缘上进行搭接叠装。上箱体落在铁芯绕组装配件上，并与下箱体焊接，铁芯被固定。铁芯四周靠箱体侧板可靠的压紧，而未采用压紧螺栓，不会因不均匀压紧而使变压器特性变坏。 7．2 绕组 芯式变压器绕组用纸包扁铜线或多根并联换位导线绕制而成。绕组结构有连续圆筒式，连续饼式和纠结式。不同电压绕组分内外层布置，如双绕组变压器有高低布置和高低高布置。 壳式变压器绕组用纸包矩形（几乎为正方形）铜导线或多根并联换位导线绕制而成。数根导体包在一起作为一个线圈元件，并有连续绝缘纸层，层外涂有黏接剂，以便成形线圈每层牢固黏在一起。绕制结构多为纠结式，不同电压绕组成垂直平行布置，低压绕组紧靠磁轭布置，高低压部分绕组组成一组，一般变压器绕组由二组、四组或六组组成。 7．3 特点 壳式变压器绕组完全被绝缘材料覆盖，绕组成垂直布置，在绕组和铁芯之间嵌入木楔，以防错位，所有各面都被铁芯和油箱紧紧夹住，机械力分布在较大的区域内，机械强度高，可放倒运输。铁芯的整个周边被箱体侧板压紧，因此噪音水平较低。 上述两种结构型式都适用于超大型水电站的主变压器。 8 经济分析 变压器的经济分析应考虑变压器的本体造价、运输费用、土建工程费用、安装调试费用和运行费等综合费用，以及国内外主要变压器厂对变压器本体造价的报价不一等因素。国内工程的主变压器经济比较见表2。 根据已收集的国内外主要变压器厂所提供的资料，并参考其他已建和在建工程的比较结果，对主变压器采用单相变压器、组合三相变压器方案进行经济比较，各部分费用的相对比较见表3。 9 综合比较和结论 9．1 综合比较 单相变压器组：虽然该方案设计、制造、运行经验成熟，可靠性高，设置备用相后，故障时更换较方便，停电时间短，单相运输重量能满足水运或铁路运输的要求，但投资最贵，且布置比较拥挤。 组合三相变压器：投资比单相变压器省，设置备用相后，故障相更换时间较单相变压器长，具有一定的设计制造经验，可靠性较高，运行维护方便；运输重量在60t以下，能满足水运或铁路运输的要求；随着变压器制造和安装水平的提高，通过制造厂的现场技术指导和配合，可适当提高变压器的可靠性和缩短安装工期；组合三相变压器布置简便，为大型地下厂房的布置节约了开挖量和土建工程量；组合三相变压器有利于发电机母线的布置、缩短母线长度、节约母线投资、节省运行费用和降低能耗。 9．2 结论 受溪洛渡水电站运输条件的限制，不宜采用整体三相变压器方案；为了保证变压器整体安装质量和工期，不推荐采用现场组装三相变压器方案；组合三相变压器和单相变压器组均能满足溪洛渡水电站安全可靠运行的要求，但组合三相变压器投资较省，可大大缩小变压器的占地面积，这对采用地下厂房布置的水电站来说尤为重要；采用组合三相变压器有利于大电流离相封闭母线的布置连接，具有缩短母线长度、减低母线投资和电能损耗等优越性。 综合考虑溪洛渡水电站的具体情况，推荐组合三相变压器为其主变压器型式 |
