浅谈AP1000核电机组主变等变压器的选型

作者：倪建伟

来源：《科技与创新》 2015年第23期

倪建伟

（电能（烟台）核电技术有限公司，山东烟台265116）

摘要：根据AP1000核电机组的特点，结合核电设备的安全性、可靠性、技术合理性和经济性要求，从变压器的容量、结构、冷却方式和调压方式等方面对主变等变压器选型进行了分析和比较。

关键词：变压器；调压方式；冷却方式；核电机组

中图分类号：TM407文献标识码：ADOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.23.092

主变等变压器是发电厂内重要的电气一次设备，它通过电磁耦合将发电机出口处的电压转换成同频率的电网电压，完成电能的送出。在核电领域，主变等变压器极其重要，国家核安全局已将主变纳入了监管范围。

1主变等变压器的容量选择

新建电厂要确定电厂的规模和装机容量，并确定主变等变压器的容量、台数。主变等变压器的容量、台数直接影响着主接线的形式和配电装置的结构。AP1000海阳核电和三门核电规划建设三期六台百万千瓦级机组，在建一期工程发电机的基本参数为：单机容量为1266.3MW，额定功率因数为0.9，额定电压为24kV，发电机与变压器的组合方式为单元接线，所配主变压器高压侧的额定电压为500kV，低压侧的额定电压为24kV（与离相封闭母线连接）；连接组别为YN，d11.AP1000非能动的设计简化了系统、减少了应急安全电源等设备，厂用电回路负荷也随之减少。以海阳核电为例，汽轮发电机的单机容量为1266.3MW，厂用电率暂按5%计算，根据《火力发电厂设计技术规程》中规定的容量计算原则，可算出主变容量为1336MVA，型式为三相分体变压器时，每台主变的单相容量为445MVA。

目前，三门核电配置了7台DFP-484MVA单相变压器，其容量依据西屋设计标准确定，并考虑了足够的裕量；海阳核电主变按照我国标准设计，单相额定连续容量为442MVA，比三门核电的容量小。

根据设计技术规程，高压厂用工作变压器的容量宜按高压电动机计算负荷与低压厂用电的计算负荷之和选择；高压厂用/备用变压器或启动/备用变压器的容量不应小于高压厂用工作变压器中容量最大的一台。

对于容量为600MW及以上的机组，当发电机出口装有断路器或负荷开关时，高压厂用备用变压器的容量可按一台高压厂用工作变压器容量的60%～100%选择。以海阳核电为例，依据厂用电负荷估算，高厂变与辅助变的容量一致，均为88MVA。

2主变等变压器型式的选择原则

2.1相数的确定

三相共体变压器的三相绕组共用一个铁芯、外壳，且采用整体安装到现场的方式，其主要优点为价格低、占地面积小、安装方便、漏油点少、维护方便，且运行损耗可降低12%～15%；其缺点是结构复杂，如果发生故障，则很难在短时间内修复，且对运输的要求较高。

在330kV及以下电力系统中，如果不受运输条件的限制，一般可选择三相共体变压器，因

此，三门核电、海阳核电辅助变和高厂变均采用了三相共体变压器，带油运输量为120～140t。

三相分体变压器即三台单相变压器，三台单相变压器间应具备防火距离或设置防火墙等，其特点是价格高昂、占地面积大。采用三相分体变压器可解决超大件运输问题，还可解决布置区域过大的问题。对于500kV发电厂，应根据技术经济论证选用三相变压器或单向变压器组。如果采用三相分体式变压器，通常会多采购一台参数合适的备用变压器，当发生事故时，换上备用相后可在短时间内恢复供电。目前，三门核电、海阳核电项目主变压器均采用三相分体式变压器，单相质量为140t，带油运输量为215t，可采用陆路运输或水路运输的方式；如果选用三相共体变压器，带油输运量约为500t，且最好选则水路运输的方式。

2.2绕组数的确定

变压器按其绕组数可分为双绕组式、三绕组式及低压绕组分裂式等形式。发电厂最大容量为600MW及以上的机组一般采用发电机-双绕组变压器单元接线形式接入系统；如果发电厂有两个升高电压时，常使用三绕组变压器（或自耦变）作为联络变压器，低压绕组作为厂用启动电源或厂用备用电源，其主要作用是实现高、中压的联络。

对于分裂式绕组变压器，在变压器高压侧只有一个绕组，低压侧有两个电压、阻抗、容量、接线组别相同的绕组。其主要用于向大型发电机厂送电，如果一个低压绕组故障，另一个低压绕组仍能继续运行。AP1000核电项目的高厂变和辅助变均为三相分裂式绕组变压器，根据分裂方式的不同，分为幅相分裂和轴向分裂。

2.3绕组连接方式的确定

变压器的连接方式必须与系统电压相位一致，否则无法并列运行。电力系统采用的绕组连接方式只有“Y”形和“△”形，高、中、低三侧绕组的组合方式可根据工程的实际情况确定。

2.4变压器调压方式的选择

调压方式分为有载调压和无励磁调压两种。有载调压比无载调压的结构复杂、造价高、维修工作量大、故障率高。当潮流方向不固定，且要求变压器的二次电压维持在一定水平时，应采用有载调压的方式，厂用变压器采用有载调压的方式有利于降低厂用电切换时的压差，从而减小切换过程中的环流，还可作为启动或停机过程中调节厂用母线电压的手段，因此，AP1000海阳核电和三门核电的高厂变和辅助变均采用了有载调压的方式；无励磁调压又称空载调压，即将变压器二次侧所有的用电设备全部断开后，才操作一次侧的调压端子，操作安全性非常高，但无励磁分接开关不具备熄灭电弧的功能，带电操作或触头拉弧时易造成短路或触头熔焊，严重时将导致变压器爆炸，因此，严禁带电操作无励磁分接开关。目前，大容量电厂的主变压器绝大多数选用无励磁调压开关，我国生产的500kV发电机升压变压器的高压侧均带有无励磁调压开关，AP1000海阳核电和三门核电的主变均采用无励磁调压的方式。

2.5变压器冷却方式和冷却介质的选择

2.5.1变压器冷却方式的选择

运行中的变压器存在短路和空载损耗的情况，进而导致变压器的温度升高。为了使变压器的温度不超过允许值，应采用变压器油冷却变压器。变压器的冷却方式在不断创新，目前仍在使用的冷却方式有自冷、风冷和水冷。

油浸自冷式是指以油的自然对流作用将热量带至油箱壁和散热管，然后依靠空气的对流传导作用散发热量；油浸风冷式是指在油浸自冷式的基础上，在油箱壁或散热管上加装风扇，利用吹风机冷却。加装风冷后可使变压器的容量增加30%～35%.强迫油循环冷却方式又分强油风冷和强油水冷两种，冷却原理为利用油泵将油打入油冷却器后复回油箱冷却。油冷却器可做成易散热的特殊形状，并利用风扇或循环水作冷却介质带走热量。采用强迫油循环冷却方式时，如果将油的循环速度提升至自然对流时的3倍，则变压器可增加30%的容量。

经调查发现，我国生产的500MVA及以上大型变压器大多采用强迫油循环风冷（OFAF/ODAF）的方式，在不同的环境温度下，投入不同数量的冷却器可使变压器满足相关运行要求。

AP1000核电项目高厂变和辅助变的冷却方式为ONAF/ONAN（100%/70%）。当负载＜70%时，通过自冷冷却；当负载＞70%时，全套散热系统启动，油浸风冷式可完全满足冷却要求。

2.5.2变压器冷却介质的选择

变压器油在变压器绝缘和散热中起着重要的作用。我国的变压器油产品以凝固点来划分牌号，分别为10#、25#和45#。以海阳核电厂的条件为例，其最低环境温度为－16.3℃（1996-02-06），因此，主变、高厂变、辅助变均采用了25#变压器油。

3结束语

本文对影响变压器选型的单相和三相共体变压器的选择、绕组的选择、调压方式的选择、变压器冷却方式的选择等进行了讨论，并结合AP1000核电选型实例展开了分析，有利于相关单位把好变压器的选型关，科学、合理地选择变压器结构和相关性能指标。

〔编辑：张思楠〕