清蓄電站500kV變壓器使用國(guó)產(chǎn)硅鋼片的研究

任 杰

（清遠(yuǎn)蓄能發(fā)電有限公司，廣東清遠(yuǎn)511853）

1 引言

廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站發(fā)電機(jī)變壓器SSP-380000/500是與4臺(tái)立式單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)-發(fā)電電動(dòng)機(jī)組配套的主變壓器。電站將擔(dān)任廣東電網(wǎng)的調(diào)峰、調(diào)頻、填谷、調(diào)相以及事故備用等任務(wù)。特變電工衡陽(yáng)變壓器有限公司成為清遠(yuǎn)抽水蓄能電站4臺(tái)525kV主變壓器及其附件的供貨廠家。

由于該產(chǎn)品容量大，漏磁大，開、合閘頻繁及GIS隔離開關(guān)操作產(chǎn)生的快速瞬變過(guò)電壓，因此，控制因漏磁而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)損耗，解決局部過(guò)熱，提高產(chǎn)品抗短路能力，提高產(chǎn)品因頻繁切換時(shí)抗沖擊力的能力，及承受頻繁操作過(guò)電壓沖擊的能力，是該產(chǎn)品的關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)絕緣油試驗(yàn)、繞組變形測(cè)量、空載損耗和空載電流測(cè)量、線端的雷電沖擊試驗(yàn)、感應(yīng)耐壓試驗(yàn)等多達(dá)27項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證，4臺(tái)變壓器的各項(xiàng)性能參數(shù)全部滿足合同技術(shù)協(xié)議要求。

2 組成及主要技術(shù)參數(shù)

2.1 變壓器構(gòu)成

廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站變壓器SSP-380000/500是與4臺(tái)立式單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)-發(fā)電電動(dòng)機(jī)組配套的主變壓器。鐵心采用三相五柱式、D型軛、五級(jí)步進(jìn)接縫，高壓線圈采用插花糾+普糾+內(nèi)屏+連續(xù)式，采用組合導(dǎo)線與自粘性換位導(dǎo)線，低壓線圈采用U型結(jié)構(gòu)，采用自粘性換位導(dǎo)線，高壓采用SF6套管出線，油箱內(nèi)加裝磁屏蔽和電屏蔽，該產(chǎn)品采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)，應(yīng)用專有軟件進(jìn)行電場(chǎng)計(jì)算、主縱絕緣強(qiáng)度、繞組溫升、油流分布及漏磁場(chǎng)分析，合理地選擇線圈型式及絕緣結(jié)構(gòu)。同時(shí)進(jìn)行了短路強(qiáng)度及油箱的機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算，從而提高了產(chǎn)品的可靠性。

清蓄電站500kV主變壓器由器身、油箱、儲(chǔ)油柜、冷卻裝置、出線裝置、保護(hù)裝置、控制系統(tǒng)組成。主變壓器高壓側(cè)與SF6氣體絕緣封閉母線相連，低壓側(cè)連接15.75kV離相封閉母線；變壓器高壓中性點(diǎn)套管引出，直接接地。變壓器在升壓（發(fā)電機(jī)工況）和降壓（電動(dòng)機(jī)工況）兩種正常運(yùn)行方式下，要求均能滿足額定容量的要求并應(yīng)考慮抽水蓄能電站的特殊性及500kV直流換流站單極大地回路運(yùn)行方式對(duì)變壓器的影響。

2.2 變壓器主要參數(shù)

產(chǎn)品型號(hào)：SSP-380000/500

產(chǎn)品代號(hào)：1TBEA.710.10139

生產(chǎn)號(hào)：120413

額定容量：380000/380000kVA

額定電壓：525±2×2.5%/15.75kV

額定電流：417.89/13929.42A

頻率：50Hz

聯(lián)結(jié)組標(biāo)號(hào)：YNd11

冷卻方式：ODWF

表1 變壓器參數(shù)

3 寶鋼B27R095硅鋼片資料參數(shù)

寶鋼B27R095硅鋼片表示工程厚度為0.27mm磁疇細(xì)化高磁感取向電工鋼，鐵損的保證值P17/50不大于0.95W/kg。磁疇細(xì)化高磁感取向電工鋼擁有優(yōu)異的電磁性能：高精度尺寸與優(yōu)異的力學(xué)性能便于用戶分條、剪切與疊片，卓越的尺寸精度，確保取向電工鋼良好的板型。電工鋼表面平滑、厚度均勻、同板差小、疊片系數(shù)高；優(yōu)良的表面涂層性能：具有均勻的表面涂層，良好的附著性，防止加工時(shí)的涂層脫落，層間絕緣性能良好。

寶鋼B27R095硅鋼片是寶鋼公司的高端產(chǎn)品，該產(chǎn)品為經(jīng)過(guò)激光刻痕工藝處理的高導(dǎo)磁晶粒取向硅鋼片，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）采用激光刻痕工藝，可降低由磁滯伸縮產(chǎn)生的噪聲及震動(dòng)。

（2）通過(guò)激光刻痕工藝細(xì)分磁疇，能有效降低空載損耗。

經(jīng)中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院監(jiān)測(cè)（證書編號(hào)：GJcc2009-1186），寶鋼B27R095型硅鋼片滿足清蓄電站主變合同的技術(shù)協(xié)議值：

樣品質(zhì)量M：0.4845kg

樣品長(zhǎng)度L：0.500m

材料密度ρm:7650kg/m3

材料厚度：0.27×10-3

渦流損耗系數(shù)e：0.50

（1）在頻率為50Hz時(shí)，交流磁化的比總消耗值Ps：

磁極化強(qiáng)度峰值J/T 比總損耗值Ps/W/kg

1.5 0.617

1.7 0.842

測(cè)試結(jié)果不確定度為U=1.5%（k=2）

（2）在頻率為50Hz時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度峰值B：

磁場(chǎng)強(qiáng)度峰值H/A/m 磁感應(yīng)強(qiáng)度峰值B/T

800 1.910

1000 1.924

2500 1.970

測(cè)試結(jié)果不確定度為U=1.0%（k=2）。

（3）在頻率為60Hz時(shí)，交流磁化的比總消耗值Ps：

磁極化強(qiáng)度峰值J/T 比總損耗值Ps/W/kg

1.5 0.827

1.7 1.142

測(cè)試結(jié)果不確定度為U=1.5%（k=2）。

4 寶鋼B27R095與新日鐵27ZH100硅鋼片性能參數(shù)比對(duì)

4.1 變壓器對(duì)鐵磁材料的要求

（1）單位重量的鐵損（W/kg）盡可能低，以節(jié)省能耗；

（2）允許磁密高，磁化性能好，不易飽和；

（3）加工容易，機(jī)械性能好；

（4）電阻率高，可有效減小渦流損耗；

（5）冷軋高硅鋼含硅量高于6%；

（6）硅鋼片機(jī)械加工需表面光滑、平整、厚度均勻；（7）硅鋼片在軋制方向形成很高的磁導(dǎo)率。

4.2 基本參數(shù)對(duì)比

通過(guò)表2對(duì)比可以看出，寶鋼B27R095與新日鐵27ZH100兩種硅鋼片的物理性能相近。

表2 參數(shù)對(duì)比

4.2.1 單位鐵損對(duì)比

圖1 B27R095鐵損曲線

圖2 27ZH100鐵損曲線

在頻率為50Hz，磁密為1.7T(工作磁密)時(shí)的單位鐵損見表3：

表3 鐵損對(duì)比

可以看出，寶鋼B27R095硅鋼片單位鐵損值比新日鐵27ZH100硅鋼片低0.05W/kg，偏差百分?jǐn)?shù)為-5.4%。

4.2.2 激磁容量對(duì)比

圖3 B27R095激磁容量曲線

圖4 27ZH100激磁容量曲線

頻率為50Hz，磁密為1.7T磁密（工作磁密）時(shí)的單位激磁容量見表4：

表4 激磁容量對(duì)比

可以看出，寶鋼B27R095硅鋼片單位激磁容量比日本新日鐵27ZH100硅鋼片高0.04VA/kg，偏差百分?jǐn)?shù)為2.2%

4.3 主變壓器關(guān)鍵性能參數(shù)比對(duì)（表5）

由計(jì)算結(jié)果對(duì)比可得：使用寶鋼B27R095硅鋼片時(shí)空載損耗比使用27ZH100硅鋼片時(shí)低約4.7kW，偏差百分?jǐn)?shù)-3.4%。使用寶鋼B27R095硅鋼片時(shí)空載電流比使用27ZH100硅鋼片時(shí)高0.01%，偏差百分?jǐn)?shù)10%,但與協(xié)議要求空載電流0.15%相比，偏差百分?jǐn)?shù)為-50%。其他各項(xiàng)參數(shù)均滿足技術(shù)協(xié)議要求。

表5 關(guān)鍵性能參數(shù)對(duì)比表

5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

經(jīng)過(guò)絕緣油試驗(yàn)、繞組變形測(cè)量、空載損耗和空載電流測(cè)量、線端的雷電沖擊試驗(yàn)、感應(yīng)耐壓試驗(yàn)等多達(dá)27項(xiàng)試驗(yàn)驗(yàn)證，4臺(tái)變壓器的各項(xiàng)性能參數(shù)全部滿足合同技術(shù)協(xié)議要求。試驗(yàn)期間，清蓄建管局、法國(guó)法電集團(tuán)及廣州健翔咨詢有限公司技術(shù)管理人員按照預(yù)先審定的出廠試驗(yàn)方案大綱，全程現(xiàn)場(chǎng)見證了4臺(tái)主變壓器的出廠試驗(yàn)，經(jīng)過(guò)各方人員的共同努力，順利完成主變的出廠試驗(yàn)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)見下頁(yè)表6。

（1）空載試驗(yàn)結(jié)果明顯優(yōu)于額定頻率額定電壓時(shí)空載損耗≤147kW，額定頻率額定電壓時(shí)空載電流≤0.15%的合同要求；

（2）按GB7328的測(cè)量方法和規(guī)定，在額定電壓下，當(dāng)變壓器強(qiáng)油水冷裝置的泵組不投入運(yùn)行時(shí)，在距離變壓器外廓線0.3m處測(cè)量，不大于78dB(A)；當(dāng)水冷卻器、油泵投入運(yùn)行并在額定電壓時(shí)，在距離變壓器外廓線2m處測(cè)量，變壓器和冷卻器的聲壓級(jí)不大于78dB(A)。試驗(yàn)結(jié)果同樣優(yōu)于合同要求。

反映出，清蓄電站500kV變壓器的硅鋼片在使用寶鋼B27R095型替代日本新日鐵27ZH100型后，重要指標(biāo)均滿足采購(gòu)要求。

6 業(yè)績(jī)及典型應(yīng)用

寶鋼取向硅鋼產(chǎn)品投產(chǎn)后，打破了進(jìn)口產(chǎn)品在高電壓、大容量變壓器上的壟斷，陸續(xù)完成了使用硅鋼的各類型變壓器制作、運(yùn)行。

（1）首臺(tái)大型水電升壓變－三峽地下電站（500 kV/780MVA）。

（2）首臺(tái)直流變壓器－葛滬直流改造工程（500 kV/280MVA）。

（3）首臺(tái)百萬(wàn)容量變壓器－華潤(rùn)湖北電廠（500 kV/1140MVA）。

（4）溪洛渡水電樞紐－升壓變（500kV/860 MVA）。

（5）向家壩水電樞紐－升壓變（500kV/890 MVA）。

（6）首臺(tái)750kV變壓器－青藏交直流聯(lián)網(wǎng)工程（750kV/700MVA）。

（7）首臺(tái)雙百萬(wàn)交流變壓器－皖電東送（1000kV/1000MVA）。

表6 主變出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)

7 結(jié)論和建議

通過(guò)上述對(duì)比分析可以得出以下結(jié)論：

（1）通過(guò)比較，寶鋼B27R095硅鋼片單位鐵損低于日本新日鐵27ZH100硅鋼片，單位激磁容量?jī)烧呦嗖畈淮螅?/p>

（2）寶鋼B27R095硅鋼片與日本新日鐵27ZH100硅鋼片相比，兩者機(jī)械性能和物理性能相當(dāng)；

（3）使用寶鋼B27R095硅鋼片，清蓄電站500kV主變壓器主要參數(shù)指標(biāo)優(yōu)于合同要求，滿足運(yùn)行需求；

（4）國(guó)產(chǎn)硅鋼片的實(shí)際應(yīng)用打破了重要進(jìn)口原材料在高電壓、大容量變壓器上的壟斷，對(duì)推進(jìn)高、精、尖產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化起到了重要的示范作用。

參考文獻(xiàn):

[1] 阮瑞琪.“階梯疊”鐵心變壓器降低空載損耗和噪聲的探討[J].變壓器,1998（2）：13-16.

[2] 新日本制鐵株式會(huì)社.電力變壓器用鐵心材料Hi-B取向硅鋼[Z],1994.