干式变压器在黑麋峰抽水蓄能电站SFC系统中的应用

2016 年 12 月

水电姑机电技术

Vol.39No.S2Dec.2016

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Mechanical & Electrical Technique of Hydropower Station

干式变压器在黑麋峰抽水蓄能电站SFC系统中的应用

陈冶修S吴胜s陈天乐2

(1.中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司，湖南长沙410014;

2.湖南黑麋峰抽水蓄能有限公司，湖南长沙410213)

摘要：黑麋峰抽水蓄能电站安装4台单机容量300 MW的可逆式机组，4台机组共设一套静止变频起动装置

(SFC),由瑞士 ABB公司生产并供货。SFC系统输入输出变压器原采用三相双分裂油浸水冷变压器,发生故障后先 后更换为国产干式变压器，成为国内首个在SFC系统中采用国产干式变压器的抽水蓄能电站。本文对油浸变压器事 故进行了分析，并对干式变压器在SFC系统中的应用进行了介绍。

关键词:SFC系统；油浸变压器；干式变压器

中图分类号:TM412

文献标识码:B

文章编号：1672-5387(2016)S2-0037-03

DOI：10.13599/j.cnki.ll-5130.2016.S2.012

1概述 1.1电站概况

黑麋峰抽水蓄能电站位于湖南省长沙市北郊的 黑麋峰风景区，紧邻湖南省最大的负荷中心长株潭 地区，距长沙市25 km，是湖南电网的第一座抽水蓄 能电站。电站地下厂房安装4台单机容量为300 MW 的可逆式机组，总装机容量为1 200 MW,担负湖南 及华中电网的调峰、填谷、调频、调相及紧急事故备 用等任务，于2009年正式投产发电。1.2 SFC系统基本配置

对于大容量抽水蓄能机组，多采用SFC作为主 要启动方式，并以背靠背启动方式作为备用启动方 案。机组由静止变频方式启动时,SFC输出0~52.5 Hz 变化的频率,带动机组转速升至与电网频率一致，通 过同期装置实行并网p]。SFC整套装置由功率单元、 控制单元组成，包括输人变压器、输出变压器、电流 互感器、电压互感器、可控硅整流器和逆变器、直流 平波电抗器、旁路隔离开关、暂态过电压保护装置、 冷却系统、控制、保护和监测系统等设备。

黑麋峰4台300 MW抽水蓄能机组共用1台静 止变频启动装置，W1206-333/4R 465水冷静止变频 器，采用12/6脉波方案，额定电压为18 kV,最大输人 容量为251^入，额定频率50出,输出频率0~52_5出。

2油浸变压器运行情况

2.1输入输出变压器主要参数

黑麋峰抽水蓄能电站投运时采用的SFC输人/ 输出变压器均为意大利进口油浸式电力变压器，由 瑞士 ABB公司配套供货，分别布置于与主变同一高 程的设有消防的SFC输入、输出变压器室内，主要 参数见表1。

表1输入输出油浸式变压器主要技术参数表

输人变压器

型式额定容量

额定电流(低压侧）

工作频率短路阻抗联结组标号

输出变压器

户内、三相、双分裂、户内、三相、油浸、油浸、水冷、无载调压水冷、无载调压

25MVA22.136 MVA

2 235 A50 Hz15 %DdOyl

2 235 A5-52.5 Hz11 %Dyn5

2.2输入变压器运行事故

SFC输人变压器在2009年10月发生故障。事 故发生时调试人员发现输入变室外有油，变压器室 内有大量从变压器本体内喷射出的变压器油，且变 压器本体正在漏油,钟罩有明显鼓胀形变，钟罩下端 焊缝有裂纹，钟罩与底座之间的加强筋被拉裂。如图

1、图2所示。

收稿日期：2016-11-16

作者简介:陈冶修(1992-)，男，助理工程师，从事水电站设计工作。

38水电站机电技求第39卷

图2

通过故障后的油色谱分析，SFC输入变压器油 中所含主要气体成分为C2H2 (1 994.63 p L/L)，C2H4 (1 057.29 fiL/L)，H2 (870.87 fiL/L)和 C02(84752

|jl I7L)，根据DL/T 722-201，及“改良电协研法”，可 判断输入变的故障类型为电弧放电，可能的故障为 线圈匝、层间短路、相间闪络、分接头引线油隙闪络 等，输人变压器故障原因为变压器内部发生了短路， 导致变压器一次回路的电压降低，并使变压器油产 生变质，短时间内生成大量气体。压力释放阀随后正 常动作，但变压器内气体压力过大，且生成时间过 短，压力释放阀无法恢复全部压力。钟罩在过高压力 下发生膨胀、变形，并出现裂纹，喷出变压器油。2.3输出变压器运行缺陷

SFC输出变压器在2010年9月17日的油样分 析中第一次发现绝缘油氢气含量达到297 ^ITL，超 过了 DL/T 722-2000规定的运行中变压器油中氢气 含量注意值150 |ulL/L。2010年12月19日进行了 第一次脱气处理后每月对变压器进行取样分析，其

油中氢气含量稳步增长，至2011年9月23日再次 达到184.69 |jl L/L。2012年1月对SFC输出变压器 进行了第二脱气处理，处理后氢气含量仍然在缓慢 增长，绝缘油氢气含量超标问题未得到根本解决。

经分析，导致氢气含量超标的原因可能为设备 内部存在局部放电或进水受潮，或变压器内的不锈 钢等结构材料在加工过程中或焊接时吸附氢而运行 后又缓慢释放，在运行时导致氢气含量增长。

3干式变压器在黑麋峰的应用

3.1更换的必要性

SFC输入输出变压器均是SFC系统中的重要环 节，直接关系到电站的安全生产和设备的稳定运行。 原有的油浸变压器先后发生故障不仅反映了进口油 浸变压器在可靠性和安全性能上存在不足，而且威 胁到了机组的正常起动，当SFC变压器故障时，机 组只能采用背靠背的方式进行起动。因此，在油浸变 压器发生故障后，黑麋峰电站对SFC输入输出变压 器进行了替换，先后采用了干式变压器替换了原有 的输入输出变压器，并与原有的设备布置、房间尺 寸、轨道、电缆等充分匹配。3.2干式变压器的可行性

在国内抽水蓄能电站SFC系统中输入输出变 压器大多采用户内、三相、油浸自然风冷整流式变压

器，并且多采用国外进口变压器，如惠州、白莲河、溧 阳等抽水蓄能电站均采用油浸变压器作为SFC变 压器，干式变压器的应用较少，但在欧洲等国家，干 式变压器在SFC系统中有使用业绩。

我国从德国及欧洲其他国家引进环氧浇注干式 变压器已有近20年，据不完全统计我国目前干式变 压器年产量已突破26 000 MVA，已积累了丰富的制 造经验。自2006年，国内厂家便拥有制造25 MVA大 容量干式变压器的能力，目前国内厂家的干式变压 器生产能力已超过30 MVA，采用干式变压器作为

SFC变压器有充分的技术支持。3.3结构特点及主要参数

所采用的输入输出变压器均为环氧树脂浇筑型 干式变压器，由天津市特变电工变压器有限公司负 责设计制造。变压器铁心材质采用优质冷乳取向硅 钢片，工艺上采用全斜五级步进接缝以降低空载损 耗和变压器噪声，变压器保护外壳采用铝合金外壳， 箱体防护等级为IP20。输入输出变压器的主要参数 见下页表2。

增刊2陈冶修，等:干式变压器在黑麋峰抽水蓄能电站SFC系统中的应用

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表2输入输出干式变压器主要技术参数表

输入赃器

生产厂家

型号规格型式额定容量额定电压联结组标号

输出变压器

天津特变电工

ZPSC-25000/18ZPSC-22136/18.9户内、三相铜绕组、户内、三相铜绕组、干干式、自然风冷式、自然风冷

25MVA22.136 MVA18±2x2.5 %18.9±2x2.5 %kV/3.23 kV/3.23 kVkV/5.72kV

Dynl-DdODyn5

3.5干式变压器的注意问题

干式变压器在运行中需要注意的事项如下：(1)不连续工作可能导致干式变压器的树脂在发 热膨胀和冷却收缩的过程中发生开裂，影响绝缘性能；

⑵干式赃器的重量和_均大于油浸赃器， 可能给布置安装带来一定难度。4结语

黑麋峰抽水蓄能电站SFC系统中原先采用进

3.4干式变压器的运行优势

口油浸变压器作为输入输出变压器。由于输人输出 与油浸变压器相比，干式变压器的运行體如下：

(1) 环氧树脂有良好的绝缘强度，且本身有难燃 变压器先后发生故障，电站采用了干式变压器替换 性，有良好的防灾性能，且环氧树脂化学性质稳定，

原有的油浸变压器，成为国内首个在SFC系统中使

防潮防尘防腐性能优越，提高了电站运行的安全性；用国产干式变压器的抽水蓄能电站，打破了国外产 (2) 由于变压器线圈通过浇注形成了一个完整的 品垄断的局面。工程和运行经验表明,干式变压器能

够可靠地代替油浸变压器应用于SFC系统中。刚体，绕组的机械强度较强，短路时产生的电动力对 其产生的影响不大，绕组耐受短路的能力明显强于 油浸变压器；

⑶干式赃器无需油浸M

器的水冷W系统,

参考文献：

[1] 魏永新.黑麋峰抽水蓄能电站简介[G]//抽水蓄能电站工

纪念抽水蓄能专业委员会成立十周年，

程建设文集——也无需水喷雾消防系统，系统简单；

2005.

(4) 由于干式变压器不采用冷却装置，其产生的

噪声要优于油浸变压器；

利水电科技进展，2002, 22(4): 52-55.

(5) 环氧树脂浇注绝缘的干式变压器无需进行定 期试验或长期停运后通电干燥处理等工作，运行维 护工作量与运行费用低。

黑麋峰抽水蓄能电站SFC输人输出变压器采 用干式变压器后运行情况良好。

[2] 陈湘匀，王俊生.静止变频器在可逆式机组中的应用〇〇.水 [3] 况明伟.300 MW等级大型可逆式抽水蓄能机组变频启动 装置选型〇].东方电气评论,2010, 24(2): 24-28.

[4] 中华人民共和国国家能源局.DL/T 722-2014变压器油中溶 解气体分析和判断导则[S].北京：中国电力出版社,2015.

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(上接第27页）

第3段即慢关段。甩负荷过程中机组最高转速为 140.51%iVe,小于调保计算150%JVe最大瞬态转速。

从表2中可以看到甩负荷过程中蜗壳进口压力 最大值为4.38 MPa,尾水管进口压力最小值为0.46

7JC平，同时也为其他具有相同需求的抽水蓄能电厂

导叶延时关闭方案提供了参考。参考文献：

[1] 李建辉,朱海锋.惠州抽水蓄能机组甩负荷后的球阀与导叶 联动关闭规律优化〇〇.广东电力，2012(03):97_101.

[2] 游光华，孔令华，刘德有.天荒坪抽水蓄能电站水泵水轮机

MPa，均满足调保计算设计要求。

表2甩100%负荷过程中蜗壳进口与尾水管进口压力值

状态

位

^^

___尾水管进口1.13 MPa0.46 MPa

蜗壳进口4.38 MPa3.13 MPa5.0 MPa

0.1 MPa

“5”形#蚁其对策〇].水力发电学报,2006(06):136-139,135.[3] 郑源，张他水力机组过渡过程pvq.北京:北京大学出版社， 2008.

[4] 张健,房玉厅，刘徽，等.抽水蓄能电站可逆机组关闭 规律研究〇].流体机械,2004, 32(12):14-18.

甩负荷实测值（最大）甩负荷实测值（最小）调保體值

最大值最小值

5结语

黑麋峰电厂调速器10 s延时系统自投运以来， 通过机组试验及运行实践证明,调速器10 S延时系 统动作可靠，操作性强，有效提升了机组的安全运行

[5] 刘晓丽，郑源，高亚楠.抽水蓄能电站可逆机组导叶关闭 规律探析田.水电能源科学,2011,29(6):151-153.

[6] 何少润.导叶不同步装置在天荒坪抽水蓄能电站的应用田. 水力发电学报,2002(3): 88-89.