吴义敏
山东电力工程咨询院有限公司 山东济南 250013
如何选择主变压器的型式对电厂的初期投资、土建安装的工作量、运行费用、维护检修工作量等都有直接的影响。本文基于主变压器的生产和实际应用情况，探讨选择大中型火力发电厂合适的主变压器型式，以实现电气设计方案的合理且安全。
关键词：火力发电；大中型火力发电厂；主变压器
1、变压器容量选择
《大中型火力发电厂设计技术规程》(GB 50660-2011)第16.1.5条规定：“容量125MW级及以上的发电机与主变压器为单元连接时，主变压器的容量宜按发电机的最大连续容量扣除不能被高压厂用启动/备用变压器替代的高压厂用工作变压器计算负荷后进行选择。变压器在正常使用条件下连续输送额定容量时绕组的平均温升不应超过65K”。
一般情况下，高压厂用启动/备用变压器的选型容量与高压厂用工作变压器计算负荷容量相等，故主变的选型容量应与发电机的最大连续容量相等。
这里应注意的是，如果电厂不设置高压厂用启动/备用变压器，而是直接通过主变倒送厂用电，主变容量应按扣除高压厂用工作变压器计算负荷后进行选择。
2、 变压器的主要型式
大型变压器根据铁芯和绕组结构型式可分为单相变压器和三相一体变压器；三相一体变压器根据组装方式不同，又可分为常规三相一体变压器和ASA（现场组装式）变压器。
单相变压器组由三台单相变压组成，三台变压器分别布置，油路完全分开，但低压侧需通过封闭母线实现电气Δ连接。
常规三相一体变压器通常采用三相五柱式铁芯，全部绕组只能布置在同一个铁芯柱上。低压侧出线abc三相，无需再做额外连接。
ASA变压器，是制造商为了解决常规三相一体变压器的运输问题，采用的一种结构方式。此类产品的设计思路是将变压器分解为铁芯、线圈、油箱三个部分，其中将五柱铁芯的上铁轭分解拆下，把剩余部分继续分解为4个u形铁芯；并根据运输条件，将油箱分解为2～4个部分。这样，整个变压器的主体便被分解为4个U形铁芯、3个线圈、2～4部分油箱(分接开关和引线放在油箱内，和油箱一起运输)，约9～11个部件。这些部件分别密封运输。每一运输单元都可以用普通的平板车进行公路运输，变压器的运输将不再受运输条件的限制，运输费用将大幅度下降。当所有部件运至施工现场后，由变压器厂家在现场专门搭建的防尘棚内进行组装，现场性能验收交接试验由买方负责完成，卖方派人指导。ASA变压器无论在电气参数上还是在占地面积上均与常规三相一体变压器等同，其最大的优点在于变压器本体易于分解和运输。
3、变压器冷却方式
变压器冷却方式的选择涉及变压器结构、造价、运行维护成本和运行可靠性等诸多问题，在我国已运行的大型变压器大多采用ODAF、OFAF、ONAF、ONAN/ONAF 等几种形式。ODAF 是用油泵强迫油在冷却设备和绕组内循环，风吹冷却器，由于其绕组结构的特殊性，器身尺寸紧凑，具有体积小、原材料消耗量小、重量轻、造价低等优点；OFAF 是用油泵强迫油在冷却设备中循环，风吹冷却器，而绕组内的油是热对流循环。这两种冷却方式均采用了油泵，但当油泵停运，负载运行时间会受到限制；同时，由于增加了油泵等设备，维护检修量增加。ONAF、ONAN/ONAF 在绕组和冷却设备中无油流强迫，冷却以温差自然循环，采用的多为片式散热器，由于其冷却系统简单，具有稳定、可靠、维护检修量小等优点；但体积大、造价高。
变压器的各种冷却方式均已较为成熟，有较多的运行经验。
根据《电力变压器选用导则》GB/T 1746，选用变压器的一般原则：“75000kVA及以上、110kV 产品，120000kVA 及以上、220kV 产品，330kV 及500kV级产品推荐采用强迫导向油循环风冷（ODAF）”。
变压器的冷却方式可按此执行或咨询设备厂家。
4、 备用相选择
根据GB50660－2011《大型火力发电厂设计规程》第16.1.4条：“……当选用单相变压器组时，应根据所处地区及所连接电力系统和设备的条件，确定是否需要装设备用相。”当选用单相变压器组后，如果设有备用相，当一相故障后，可以用备用相代替故障相以缩短事故影响时间，提高供电可靠性。但在电厂正常运行期间利用率不高，备用相仅作为备件，利用率相当低。
随着电网容量的不断增大，系统备用率的不断上升，一台机组在电网中所占比重不断下降，一台机组的退出对系统的影响也越来越小。而单相变压器的投资非常大，故可减少备用相的设置数量以降低工程投资。一般一个电厂的机组数量不大于2台时，可不考虑设置备用相；若机组更多时，对同容量、变比与阻抗的单相变压器组，一个电厂也仅需设置一台备用相。
5 技术比较
5.1 三种型式比较
单相主变压器的主要优点：单台体积小、重量轻、运输方便、运费较低；常规三相一体变压器主要优点是总体体积小，重量轻，易于布置； ASA变压器在体积和重量上与常规三相一体变压器接近。
5.2 布置安装
常规三相一体式变压器的体积较三台单相变压器的体积小，因此占地面积小，这样在主厂房A列外就可以方便地布置主变压器、高压厂用变压器和高压启动/备用变压器单元和地下管道等。且三相变压器一次回路接线简单，高压侧中性点不需加跳线短接，低压侧不需通过封母构成Δ接线，二次线接线也相对简单。
三台单相变压器布置上占地面积大，每组需做3个变压器基础油坑，每台之间还需隔火墙隔开，且一次接线复杂，高压侧中性点需加跳线短接，低压侧需用封母构成Δ接线，增加封闭母线用量，且每组变压器的温度控制，瓦斯报警，通风控制，抽头调压等装置均需三套，二次线接线复杂。
ASA变压器在布置上与常规三相一体变压器相同，但安装程序复杂。该变压器在制造厂内组装，干燥处理，完成全部型式试验、出厂试验和特殊试验后，将变压器附件拆除运输至现场，现场搭建安装厂房后安装。
从以上分析中我们可以看出，在布置上，常规三相一体变与ASA作为主变压器布置清晰，占地小，接线简洁，使得封母可靠性增强，便于维护，要优于单相变压器。但在安装上，ASA变压器安装最为复杂，需现场搭建安装厂房，投资较高。
6、 结论
综上所述，单相变压器组设计、制造、运行经验均成熟，可靠性也较高，但投资较高，A列外布置非常拥挤，对今后的运行检修来说较为复杂。单相变压器的布置范围甚至会超过主厂房的长度，安装不便且影响美观。一般在运输条件落后的地区才会使用。
现场组装三相一体式（ASA）变压器具有常规三相一体式变压器在布置上和运行维护检修的所有优点，但价格较普通三相变压器要高，安装不便，且运行业绩较少。
常规三相一体式变压器具有占地面积小、安装工期短、节省主封闭母线、二次保护简单、运行费用低、一次投资低等明显优势。
参考文献
[1]GB50600-2011.大中型火力发电厂设计规范
[2]DL/T 5153-2014.火力发电厂厂用电设计技术规程
[3]电力工程电气设计手册电气一次部分
[4]《电力变压器选用导则》GB/T 17468-2019