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大型发电机变压器结构型式的探讨

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介绍了大型发电机变压器主要的结构型式，并分析了每种结构型式的优缺点。

结构型式 单相变压器组式 三相一体式 现场组装式 三相组合式

0 引言

发电机主变压器是发电厂发出电能必不可少的重要设备。随着电力工业的发展，发电机单机容量不断增大，与之配套的主变器容量也随之增大。目前我国最大的三相变压器容量达1200MVA，单相变压器容量达700MVA。这样的庞然大物既要考虑设备的安全性、经济性，还要能做的出来，运得出去，那么变压器选择合适的结构型式就显得尤为重要了，是设计大型发电机变压器考虑的首要条件。

1 可供选择的结构型式

1.1 单相变压器组式

单相变压器有着非常成熟的设计、制造、运行经验。单相变压器组由三个结构完全一致的单相变压器组成，每台变压器有独立的电路、磁路、油路、冷却器和储油柜等，方便设置备用相而且成本低。变压器体积适中，运输重量较轻。流经低压套管电流较小，易于选择。而且单相变压器结构布置灵活，器身结构可以采用单相三柱式，绕组布置在一个芯柱上，一般用在单相容量在400MVA以下变压器。器身结构也可以采用单相四柱式，一般用在单相容量在400MVA以上变压器，绕组布置在两个芯柱上，双柱采用并联或串联结构，每柱容量为总容量的一半，变压器整体漏磁分布易于控制，可以防止局部过热的产生，同时大幅度降低短路发生力。目前在制的单相四柱式变压器容量达700MVA，若有需求，容量还可以突破，这种优点是三相变压器不具备的。图1为单相三柱式变压器外形图，图2为单相四柱式变压器外形图。

图1 单相三柱式变压器外形图

图2 单相四柱式变压器外形图

但是单相三柱式变压器组的空载损耗和制造成本高于三相变压器，单相四柱式变压器组制造成本还要更高。而且变压器高压绕组中性点连接和三个低压绕组的三角形连接需要在安装现场完成，离相封闭母线成本较高，现场安装和日常维护的工作量也较大。三台变压器间要设置防火墙，占地面积大，且GIS及封母布置也将占很大空间。

1.2 三相一体式

三相一体式变压器也是常规结构，制造运行经验丰富，可靠性高。外部连接结构简单，布置占地面积少，制造成本低。但是受运输条件和运输费用的限制。容量1200MAV的三相一体式变压器本体运输重量达到480吨，运输尺寸达11.4m×3.4m×5.6m（长×宽×高）。如此特大重量和体积的变压器必须具备良好的运输条件。

三相一体式变压器跟单相双柱式变压器比，每相容量只能布置在一个心柱上，随着单台变压器容量的增加漏磁也随之迅速增大，漏磁分布是影响变压器短路发生力和是否存在局部过热的重要因素。即使没有运输条件限制，变压器总容量也难以突破。目前有相关用户咨询1440MVA/500kV三相一体式变压器的可行性，但是还没有成功的制造和运行经验，由于漏磁控制存在困难，风险不可控，存在局部过热的风险。

在无运输条件限制，容量不是特别巨大（超过1200MVA）时应优先采用三相一体式变压器 ，图3为三相一体（或现场组装）变压器外形图。

图3 三相一体（或现场组装）变压器外形图

1.3 现场组装式

现场组装式是将变压器的主要结构合理地分解为几个运输单元，控制每个运输单元的运输重量和尺寸以满足正常铁路或公路运输。现场组装变压器分离铁心后现场组装铁心，现场进行整体器身复装，组装完成后外形和三相一体式基本相同（见图3），具备三相一体式变压器外部连接结构简单，布置占地面积少的优点。通过分解运输能实现超大型变压器的运输，尤其对西北、西南等地区可以采用三相一体变压器，降低变压器运输费用，减少了占地面积和工程土建投资。

现场需搭建一座临时恒温干燥的防尘工作间进行变压器组装，现场需要较大的操作空间。施工周期一般3～4个月/台。同三相一体式相比，三相一体式可以采用桶式油箱，也可以采用钟罩式油箱，现场组装只能采用钟罩式油箱，对超大容量变压器来说如果屏蔽措施不当容易引起箱沿过热。因为要考虑每个铁心单元的结构强度，同等铁心直径的有效截面积要比三相一体式小，所以制造成本略高于三相一体变压器。现场组装式完成组装后无法进行操作冲击试验和雷电冲击试验，有潜在的风险。

1.4 三相组合式

三相组合式变压器由独立密封运输的三个单相变压器和一个公共母线管道组成。每个单相变压器引出低压母线在公共母线管道内实现三角形连接，由三只大电流低压套管离相封母引出；高压中性点引出线通过连接管路，将三个中性点连接后，由一只中性点套管引出。三台单相变压器共用一套冷却系统和储油柜，油路联通。三相组合式变压器间不需设置防火墙，较单相变压器组式占地面积小，每个单相变压器结构型式与单相变压器组相同，体积适中，运输重量轻，便于运输。三相组合式变压器可以设置单相变压器作为备用，但是这种备用是存在一定风险的，因为三相变压器油路是相通的，一相变压器故障难以保证其他两相不被污染。

三相组合式变压器较单相变压器组式易于维护和检修，但是现场安装难度大。而且一但发生故障，现场的拆装相当麻烦，耗时长。三相组合式变压器的制造成本和单相变压器组式相当。但是由于大电流引线通过公共母线管道引起附加损耗，负载损耗高于单相变压器组。图4 为三相组合式变压器外形图。

图4 三相组合式变压器外形图

2 综合分析

每一种结构的变压器都有自己的特点，只要科学设计，精心制造都具有良好的性能和足够的安全可靠性。而且也都有安全运行的案例。例如山东邹县电厂DFP—380000/500的单相组式变压器,广东惠来SFP—1140000/500三相一体式变压器，溪洛渡水电站SSP—H—860000/500三相组合式变压器，大岗山水电站SSP— 723000/500现场组装式变压器都已经挂网运行，安全无事故。

下面以与1000MW发电机组配套的三相总容量120MVA的500kV发电机主变压器为例对各种结构型式变压器的优缺点进行对比，见下表。

3 结束语

大型发电机变压器结构型式的选择应从电厂实际工程条件、运输可行性、产品可靠性、设备占地面积、经济效益等多方面因素综合考虑，结合各种结构型式变压器的特点进行科学选型。一般在无运输条件限制，容量不是特别巨大（超过1200MVA）时应优先采用三相一体式变压器。当运输条件仅适用单相变压器时，电站用地宽松优先采用单相变压器组，电站用地紧张时采用三相组合式变压器。如果运输条件连单相变压器也不能满足，现场组装式变压器是最后的选择。但是，事物不是一成不变的，随着现场组装式变压器技术的日益完善、成熟，将来也很可能成为首选。

[1] 杨红,温风香.溪洛渡主变压器型式选择[J].东北水利电力,2011(11).

[2] 陈振杰.主变压器选型式分析[J],电力与能源,2010(1).

表 各种结构型式变压器对比表