水电站主变压器选型方法及思路
日期：2008-10-28 1:00:24 来源：中国自动化网
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摘 要：重点介绍了溪洛渡水电站主变压器的运输条件、性能参数、布置安装、中性点接地方式和水冷却器的选择，经过对国内外主要变压器厂收资的分析，推荐了溪洛渡水电站主变压器的型式。
关键词：主变压器；参数；选型；单相变压器；组合式三相变压器；现场组装三相变压器；技术分析；经济分析；溪洛渡水电站
Xiluodu Hydroelectric Power Station Main Transformer Type Selection
Abstract：This paper mainly describesthe transportation condition of Xiluodu Hydroelectric Power Station Main Transformers，their propertyparameters，arrangement＆installation，neutrol point grounding pattern＆selection oftheir water coolers．Through analysis of informationfrom major Transformer manufacturers in China＆abroad，the main transformertype has been recommended．
Key words：main transformer；parametor；modelselection；technicalanalysis；economic analysis；Xiluodu Hydroelectric Power Station
1 前言
由于我国社会经济的迅速发展，华东、华中和沿海地区都出现用电紧张的情况，对电力系统供电数量和质量的要求越来越高。由于这些地区能源匮乏和对环境保护的要求，急需从外地大量输入高质量的电能，而西南地区的川、滇等省水电资源蕴藏丰富，可供开发的水电资源占全国的70％以上。建设大型或超大型水电站，为华东、华中和沿海地区提供高质量廉价的水电，不但能实现全国电力资源优化配置和实现“西电东送”，还能发挥拦沙、防洪、改善下游航运条件等综合效益。现以金沙江上拟建的巨型水电站———溪洛渡水电站为例分析水电站主变压器的选择。
2 溪洛渡水电站简介
溪洛渡水电站是金沙江下游上的一座巨型水电站，地处四川省雷波县和云南省永善县境内，上接白鹤滩电站尾水，下与向家坝水库相接。电站供电华东、华中，兼顾川、滇两省用电需要，是金沙江“西电东送”距离负荷中心最近的骨干电源之一，也是金沙江上最大的一座水电站。电站装机18台，单机容量700 MW，总装机容量达12 600 MW，单机最大容量855 MVA。年平均发电量571.2亿kW·h，年利用小时数4 530h，水库总库容126.7亿m3，调节库容64．6亿m3，具有不完全季调节性能，保证出力3 395 MW。
电站地处高山峡谷，河床狭窄。根据枢纽布置和地形条件，电站设左、右两个地下厂房，各布置9 台机组。主厂房、主变压器室和尾水调压室相互平行，呈三洞式布置。发电机引出回路选用全联式离相封闭母线与主变低压端子相连，主变压器的500kV出线采用超高压挤包绝缘电缆通过垂直竖井引至地面开关站。
3 运输条件
超大型水电站机电设备重大件包括：水轮机转轮、主变压器、桥机主梁、主轴、转子中心体、转子支架扇形体、上机架中心体和下机架中心体、定子机座以及水轮机顶盖、座环等，而主变压器是运输的一个重要环节。超大型水电站一般地处偏僻的高山峡谷区，地形条件复杂，交通运输设施和条件恶劣，因此机电设备重大件运输方案是电站设计初期重要的研究课题之一。主变压器一般可通过水运运至电站附近码头，上岸后经电站专用公路运抵工地；或者通过铁路和专用铁路运至电站附近车站（运输尺寸应控制在二级超限内）后，再通过电站专用公路运至工地。这两种情况均需经过详细周密的经济技术比较后，才能最终确定电站机电设备重大件的运输方案。溪洛渡水电站主变压器单相运输尺寸约5．0m×4．0m×4．0m，运输重量约178t，共54相，运输任务繁重，经专题研究后提出先通过专用铁路运至电站附近车站，再通过电站专用公路运至电站工地。
4 主变压器主要参数和中性点接地方式
4．1 额定值
随着发电设备的设计和制造技术的发展，发电机组单机容量越来越大，已建二滩水电站单机容量为550 MW，在建三峡、龙滩和小湾水电站单机容量均为700 MW，拟建的溪洛渡水电站单机容量也为700 MW，并且发电设备的单机容量还有增大的趋势。考虑到许多电站的发电机均有设置最大容量的要求，因此需要有相应的大型变压器设计和制造技术相匹配。根据溪洛渡水电站的具体条件，选择的主变压器的主要技术参数如下：
额定容量：855 MVA；额定电压：高压525kV，低压20kV；接线组别：YN，d11；阻抗电压：15％～17％；绝缘水平：见表1。
4．2 中性点接地方式
根据水电站升压变压器中性点接地方式及其实践经验，在电力系统中运行变压器的中性点接地方式，将直接影响电力系统的内部过电压水平、电气设备的绝缘强度、系统的稳定、继电保护、开关遮断容量、对通信线路干扰、变压器中性点过电压保护方式、变压器中性点绝缘水平以及变压器制造等。因此，变压器中性点的接地方式应根据诸方面的影响因素进行综合的技术经济分析和比较后加以确定。
现阶段我国超高压电压等级为500kV，对500kV变压器中性点接地方式有两种不同观点：一种沿用220kV系统所采用的部分变压器中性点接地的方式，这样可采用简单可靠的零序电流继电保护，断路器遮断容量不受单相短路电流的限制，同时单相接地对通信线路的干扰也较小；另一种为500kV变压器全部采用中性点直接接地，变压器中性点绝缘水平最低，便于变压器制造，变压器中性点不会失地，也不会产生不接地的孤立系统。但两者均不能有效地解决单相短路电流在变压器中性点产生的过电压问题，都存在明显的局限性。
为了限制单相短路电流，宜采用变压器中性点经小电抗器的接地方式，只要小电抗器选择适当就可以起到变压器中性点部分接地的作用。经计算分析，经小电抗器接地的变压器中性点的过电压比不接地变压器中性点的过电压低得多，不会产生危害性很大的谐振过电压和弧光接地过电压，不易产生 失步过电压。500kV变压器中性点经小电抗器接地已投入工程应用，如葛洲坝水电站大江电厂500kV工程、隔河岩水电站和岩滩水电站500kV工程，分别于20世纪80年代末期和90年代初期投运，运行正常，收到了良好的效果。
通过以上技术分析可见，超大型水电站500kV主变压器中性点接地方式，一般采用经小电抗器接地方式，且变压器中性点采用避雷器保护，并应根据工程具体情况选用适当的中性点小电抗器。经过论证，溪洛渡水电站的主变压器中性点采用小电抗器的接地方式。
5 主变压器型式
根据溪洛渡水电站的具体条件，主变压器型式考虑了四种可能的方案，即三相、单相、组合式三相和现场组装三相变压器。
5．1 三相变压器
三相变压器在设计制造及运行管理上具有一定的优点，但运输重量巨大，超过了铁路和公路的运输极限，且运输费用昂贵。溪洛渡水电站主变压器若采用三相变压器方案，运输重量将达到480t，无论是铁路运输或公路运输均不能实现，故不宜采用。
5．2 单相变压器组方案
单相变压器组方案由三台普通单相变压器组合成三相变压器，具有设计制造经验成熟、运输重量及运输尺寸小、占用安装布置场地大和安装时间短的特点。
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关键词：主变压器；参数；选型；单相变压器；组合式三相变压器；现场组装三相变压器；技术分析；经济分析；溪洛渡水电站
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Xiluodu Hydroelectric Power Station Main Transformer Type Selection
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Abstract：This paper mainly describesthe transportation condition of Xiluodu Hydroelectric Power Station Main Transformers，their propertyparameters，arrangement＆installation，neutrol point grounding pattern＆selection oftheir water coolers．Through analysis of informationfrom major Transformer manufacturers in China＆abroad，the main transformertype has been recommended．
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1 前言
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由于我国社会经济的迅速发展，华东、华中和沿海地区都出现用电紧张的情况，对电力系统供电数量和质量的要求越来越高。由于这些地区能源匮乏和对环境保护的要求，急需从外地大量输入高质量的电能，而西南地区的川、滇等省水电资源蕴藏丰富，可供开发的水电资源占全国的70％以上。建设大型或超大型水电站，为华东、华中和沿海地区提供高质量廉价的水电，不但能实现全国电力资源优化配置和实现“西电东送”，还能发挥拦沙、防洪、改善下游航运条件等综合效益。现以金沙江上拟建的巨型水电站———溪洛渡水电站为例分析水电站主变压器的选择。
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2 溪洛渡水电站简介
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溪洛渡水电站是金沙江下游上的一座巨型水电站，地处四川省雷波县和云南省永善县境内，上接白鹤滩电站尾水，下与向家坝水库相接。电站供电华东、华中，兼顾川、滇两省用电需要，是金沙江“西电东送”距离负荷中心最近的骨干电源之一，也是金沙江上最大的一座水电站。电站装机18台，单机容量700 MW，总装机容量达12 600 MW，单机最大容量855 MVA。年平均发电量571.2亿kW·h，年利用小时数4 530h，水库总库容126.7亿m3，调节库容64．6亿m3，具有不完全季调节性能，保证出力3 395 MW。
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电站地处高山峡谷，河床狭窄。根据枢纽布置和地形条件，电站设左、右两个地下厂房，各布置9 台机组。主厂房、主变压器室和尾水调压室相互平行，呈三洞式布置。发电机引出回路选用全联式离相封闭母线与主变低压端子相连，主变压器的500kV出线采用超高压挤包绝缘电缆通过垂直竖井引至地面开关站。
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3 运输条件
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超大型水电站机电设备重大件包括：水轮机转轮、主变压器、桥机主梁、主轴、转子中心体、转子支架扇形体、上机架中心体和下机架中心体、定子机座以及水轮机顶盖、座环等，而主变压器是运输的一个重要环节。超大型水电站一般地处偏僻的高山峡谷区，地形条件复杂，交通运输设施和条件恶劣，因此机电设备重大件运输方案是电站设计初期重要的研究课题之一。主变压器一般可通过水运运至电站附近码头，上岸后经电站专用公路运抵工地；或者通过铁路和专用铁路运至电站附近车站（运输尺寸应控制在二级超限内）后，再通过电站专用公路运至工地。这两种情况均需经过详细周密的经济技术比较后，才能最终确定电站机电设备重大件的运输方案。溪洛渡水电站主变压器单相运输尺寸约5．0m×4．0m×4．0m，运输重量约178t，共54相，运输任务繁重，经专题研究后提出先通过专用铁路运至电站附近车站，再通过电站专用公路运至电站工地。
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4 主变压器主要参数和中性点接地方式
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4．1 额定值
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随着发电设备的设计和制造技术的发展，发电机组单机容量越来越大，已建二滩水电站单机容量为550 MW，在建三峡、龙滩和小湾水电站单机容量均为700 MW，拟建的溪洛渡水电站单机容量也为700 MW，并且发电设备的单机容量还有增大的趋势。考虑到许多电站的发电机均有设置最大容量的要求，因此需要有相应的大型变压器设计和制造技术相匹配。根据溪洛渡水电站的具体条件，选择的主变压器的主要技术参数如下：
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额定容量：855 MVA；额定电压：高压525kV，低压20kV；接线组别：YN，d11；阻抗电压：15％～17％；绝缘水平：见表1。
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4．2 中性点接地方式
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现阶段我国超高压电压等级为500kV，对500kV变压器中性点接地方式有两种不同观点：一种沿用220kV系统所采用的部分变压器中性点接地的方式，这样可采用简单可靠的零序电流继电保护，断路器遮断容量不受单相短路电流的限制，同时单相接地对通信线路的干扰也较小；另一种为500kV变压器全部采用中性点直接接地，变压器中性点绝缘水平最低，便于变压器制造，变压器中性点不会失地，也不会产生不接地的孤立系统。但两者均不能有效地解决单相短路电流在变压器中性点产生的过电压问题，都存在明显的局限性。
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为了限制单相短路电流，宜采用变压器中性点经小电抗器的接地方式，只要小电抗器选择适当就可以起到变压器中性点部分接地的作用。经计算分析，经小电抗器接地的变压器中性点的过电压比不接地变压器中性点的过电压低得多，不会产生危害性很大的谐振过电压和弧光接地过电压，不易产生 失步过电压。500kV变压器中性点经小电抗器接地已投入工程应用，如葛洲坝水电站大江电厂500kV工程、隔河岩水电站和岩滩水电站500kV工程，分别于20世纪80年代末期和90年代初期投运，运行正常，收到了良好的效果。
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通过以上技术分析可见，超大型水电站500kV主变压器中性点接地方式，一般采用经小电抗器接地方式，且变压器中性点采用避雷器保护，并应根据工程具体情况选用适当的中性点小电抗器。经过论证，溪洛渡水电站的主变压器中性点采用小电抗器的接地方式。
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5 主变压器型式
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根据溪洛渡水电站的具体条件，主变压器型式考虑了四种可能的方案，即三相、单相、组合式三相和现场组装三相变压器。
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5．1 三相变压器
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三相变压器在设计制造及运行管理上具有一定的优点，但运输重量巨大，超过了铁路和公路的运输极限，且运输费用昂贵。溪洛渡水电站主变压器若采用三相变压器方案，运输重量将达到480t，无论是铁路运输或公路运输均不能实现，故不宜采用。
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5．2 单相变压器组方案
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单相变压器组方案由三台普通单相变压器组合成三相变压器，具有设计制造经验成熟、运输重量及运输尺寸小、占用安装布置场地大和安装时间短的特点。
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