雙牌水電站主變增容改造可行性分析報告

1、湖南省雙牌水電站主變增容改造可行性分析報告湖南省雙牌水電站二一六年七月編寫：徐興國校核：審核：批準(zhǔn)： 一、基本情況雙牌水利水電樞紐工程位于湘江一級支流瀟水下游，水庫壩址坐落在雙牌縣境內(nèi)。水庫控制流域面積10594平方千米，多年平均徑流總量97.3億立方米，多年平均流量309立方米/秒，水庫設(shè)計總庫容6.9億立方米，灌溉農(nóng)田32萬畝，左岸單線雙向二級船閘，全長673米，可通航100噸位駁船，是一座集發(fā)電、防洪、灌溉與航運(yùn)等綜合效益于一體的大型水利水電樞紐工程。壩后式電站設(shè)計裝設(shè)三臺單機(jī)容量為4.5萬千瓦的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，設(shè)計多年平均發(fā)電量為585億千瓦時。電氣主接線在發(fā)電機(jī)10.5Kv側(cè)為機(jī)

2、變單元接線，110Kv側(cè)為雙母線接線，經(jīng)過三回110Kv線路接入湖南電網(wǎng)。1966年3月（2號機(jī)變）、1969年5月（3號機(jī)變）、1979年5月（1號機(jī)變）相繼投產(chǎn)，形成總?cè)萘繛?3.5萬千瓦的裝機(jī)規(guī)模。從2001年至2012年，電站投資9800多萬元，對三臺水輪發(fā)電機(jī)組等設(shè)備成功地進(jìn)行了增容改造，電站擴(kuò)容至15萬千瓦，改造后多年平均發(fā)電量為6.5億千瓦時,年增發(fā)電量近6000萬千瓦時。近年又對機(jī)組的調(diào)速器、勵磁裝置、繼電保護(hù)等二次設(shè)備進(jìn)行了全面更新，并且建成了計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。二、主變增容改造的必要性1、運(yùn)行時間偏長、設(shè)備嚴(yán)重老化1號主變系1979年5月投運(yùn)的文革后期產(chǎn)品，線圈材料為鋁線，絕緣

3、為薄絕緣結(jié)構(gòu)，設(shè)計采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷。自投運(yùn)以來，變壓器油溫一直偏高，且噪音較大，1995年10月將冷卻方式改為強(qiáng)迫油循環(huán)水冷，溫升偏高問題有所改善。此變壓器于1989年5月5日，由于A相套管底座密封裝配不到位，進(jìn)水而發(fā)生引線下部繞組擊穿燒毀事故，經(jīng)現(xiàn)場修復(fù)使用至今。2號主變?yōu)?966年3月投運(yùn)，線圈材料為銅線，鐵芯材料為熱扎硅鋼片，使用時間達(dá)51年多，運(yùn)行噪音較大。3號主變?yōu)?969年5月投運(yùn)，最近10年油質(zhì)氣相色譜試驗報告乙炔超標(biāo)，且輕瓦斯多次動作，說明變壓器本身嚴(yán)重老化，另外該變壓器低壓側(cè)套管由于底座變形密封不良而滲油。三臺主變壓器使用均大大超過其設(shè)計使用年限，繼續(xù)運(yùn)行安全風(fēng)險增加，設(shè)備

4、可靠性大打折扣。2、主變損耗偏大、運(yùn)行不太經(jīng)濟(jì)三臺主變均為原沈陽變壓器廠生產(chǎn)，其額定容量分別為63000、60000、60000Kva，空載/短路損耗分別為67.5/274Kw、102.2/319Kw、58.1/271Kw。2012年至2015年三臺主變運(yùn)行平均每年損耗總電量為2920846.1Kw.h。而按照GB/T64512015油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)和要求，S1170000/110節(jié)能型變壓器其空載/短路損耗一般在43/218Kw左右。若新變壓器空載運(yùn)行、負(fù)載運(yùn)行年平均小時數(shù)仍按老變壓器計算，則三臺新主變運(yùn)行平均每年損耗的總電量為1674435.5Kw.h，更換變壓器后平均每年可節(jié)能1

5、246410.66Kw.h。按目前電站上網(wǎng)電價0.285/Kw.h計算，則每年可節(jié)約電費(fèi)35.52萬元（考慮到上網(wǎng)電價與下網(wǎng)電價的差異，變損帶來的實際經(jīng)濟(jì)損失比計算值稍大）。所以對主變壓器進(jìn)行增容改造，符合國家節(jié)能降耗產(chǎn)業(yè)政策。計算成果表見13。172012年2013年2014年2015年四年平均運(yùn)行小時檢修小時上網(wǎng)電量KWh運(yùn)行小時檢修小時上網(wǎng)電量KWh運(yùn)行小時檢修小時上網(wǎng)電量KWh運(yùn)行小時檢修小時上網(wǎng)電量KWh運(yùn)行小時檢修小時上網(wǎng)電量KWh#1主變85452151804007928688721637032328319441135963520772510351987127128319.251

6、69695064#2主變6421233916917920886728817964636874081352162756440876002173278007815.25182227454#3主變837838211585868887600108535944858817299479424876001730463158621.5124230092.8#1主變#2主變#3主變改造后主變空載損耗負(fù)載損耗額定容量功率因數(shù)空載損耗負(fù)載損耗額定容量功率因數(shù)空載損耗負(fù)載損耗額定容量功率因數(shù)空載損耗負(fù)載損耗額定容量67.5274630000.9102.2319600000.858.1227600000.8432187

7、0000表1 雙牌水電站近四年主變損耗計算用數(shù)據(jù)表表2 變壓器年度損耗（Kwh）2012年2013年2014年2015年四年平均前四項平均計算所得#1主變901388.05 849333.07 750922.97 957087.04 864682.78 856560.70 #2主變1273388.68 1401537.68 1252186.97 1641780.35 1392223.42 1387010.56 #3主變644617.49 641447.02 612494.69 845749.72 686077.23 677274.87 #1改造后576624.66 543006.11 4797

8、70.17 612930.46 553082.85 547848.55 #2改造后585967.44 631596.97 567118.07 751486.32 634042.20 631424.93 #3改造后471631.46 470161.03 449388.13 614309.88 501372.63 495161.99 表3 變壓器改造后年度損耗對比表+1主變四年平均每年可減少變損電量（Kwh）308712.15 人民幣（元）87982.96 #2主變四年平均每年可減少變損電量（Kwh）755585.63 人民幣（元）215341.90 #3主變四年平均每年可減少變損電量（Kwh）1

9、82112.88 人民幣（元）51902.17 三臺主變平均每年合計減少變損電量（Kwh）1246410.66 人民幣（元）355227.04 說明：1.#1主變幾乎無下網(wǎng)負(fù)荷，故功率因數(shù)取0.9；#2、#3主變可帶近區(qū)廠用，有下網(wǎng)負(fù)荷，計算時用降低功率因數(shù)補(bǔ)償下網(wǎng)負(fù)載帶來的誤差，故功率因數(shù)取0.8。2.部分變損為下網(wǎng)電量提供，考慮到上網(wǎng)電價與下網(wǎng)電價的差異，變損帶來的實際經(jīng)濟(jì)損失比計算值稍大。（上網(wǎng)電價0.285元/Kwh）3、主變?nèi)萘科?、運(yùn)行效率降低電站三臺水輪發(fā)電機(jī)組已于2010年至2012年成功地進(jìn)行了增容改造，發(fā)電機(jī)額定功率從45Mw增加至50Mw，三臺主變壓器容量與機(jī)組容量已經(jīng)不

10、相匹配，致使主變運(yùn)行效率明顯降低。且當(dāng)機(jī)組運(yùn)行水頭接近最大水頭時，發(fā)電機(jī)有功功率最大可達(dá)54Mw至55Mw，這種運(yùn)行工況經(jīng)過湖南省電力科學(xué)試驗研究院現(xiàn)場所做的穩(wěn)定性試驗、溫升試驗、甩負(fù)荷試驗證明：機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠。由此可知，機(jī)組在高水頭大負(fù)荷工況運(yùn)行狀態(tài)下，主變運(yùn)行效率更低。所以對變壓器進(jìn)行相應(yīng)增容改造，使其與機(jī)組容量相匹配，提高變壓器運(yùn)行效率，能更好地滿發(fā)、多發(fā)電能；亦更加有利于前期工程的投入與產(chǎn)出。4、主變更新改造、符合反措要求按照國家能源局印發(fā)的防止電力生產(chǎn)事故的二十五項重點要求（國能安全2014161號）的規(guī)定：（1）、根據(jù)系統(tǒng)容量變化及運(yùn)行方式改變宜開展變壓器抗短路能力的校核工

11、作，對不滿足要求的變壓器采取改造或更換等措施；（2）、對運(yùn)行超過20年的薄絕緣、鋁線圈變壓器，應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)監(jiān)督工作并逐步安排更新改造。電站三臺主變壓器的短路阻抗分別為8.85%、11.02%、9.66%，可見1、3號主變抗短路能力差，同時1號主變還是薄絕緣、鋁線圈變壓器，3號主變色譜報告乙炔超標(biāo)。這些均不利于電站安全穩(wěn)定運(yùn)行，所以主變改造符合反措要求，勢在必行。三、主變增容改造的可行性1、變壓器設(shè)計制造技術(shù)已相當(dāng)成熟可靠當(dāng)前，變壓器制造行業(yè)通過采用計算機(jī)輔助設(shè)計，能提供用戶對技術(shù)參數(shù)特殊要求的各種變壓器，同時大量使用低損耗硅鋼片、不導(dǎo)磁金屬材料、高強(qiáng)度捆綁材料、高強(qiáng)度電工電纜紙、繞組引線冷壓接技

12、術(shù)、鐵扼夾件鈍化處理、復(fù)合材料干式絕緣套管、新型波紋或膠囊油枕、新型傳感器埋置等技術(shù)。在降低損耗、降低噪音、改善監(jiān)測手段、提升設(shè)備可靠性方面取得了長足的進(jìn)步。很多大容量變壓器已經(jīng)可以采用器身全密封技術(shù)，即鐵芯繞組裝入油箱外殼后，將油箱外殼主結(jié)合縫全部焊接密封，不再考慮吊芯或吊罩維修，沒有可靠的質(zhì)量保證，在以前是無法想象的。2、近期改造變壓器經(jīng)濟(jì)實惠眾所周知，變壓器生產(chǎn)的主要原材料為硅鋼片、銅、變壓器油、鋼材等，而這些原材料價格均處于近年來的歷史低位。近期改造主變，對買方而言，是一個較為有利的市場行情。據(jù)了解，最近幾年，變壓器制造業(yè)也是一個產(chǎn)能過剩的行業(yè)，競爭十分激烈，有利于降低設(shè)備采購價格。3

13、、主變改造對環(huán)境、消防影響評價主變改造不產(chǎn)生污染源，不會產(chǎn)生大的噪音，施工與電站承擔(dān)的綜合利用任務(wù)不相矛盾，因此對環(huán)境不會產(chǎn)生不利的影響。本工程不改變電站的原有布置，原消防設(shè)備及其系統(tǒng)不需作較大更改。4、主變改造工期短主變的改造施工只需將原變壓器拆除，將新變壓器置于原變壓器基礎(chǔ)承載梁上，恢復(fù)高、低壓側(cè)聯(lián)接母線。土建工程極少，改造工程施工工期短，可以利用枯水期間完成改造工作，對電站經(jīng)濟(jì)效益影響不大。四、主變壓器改造方案確定及校核1、變壓器選型分析S11是目前推廣應(yīng)用的低損耗變壓器。該型變壓器鐵心磁路分布均勻，大大減少了磁阻，降低了空載電流和空載損耗，提高了功率因數(shù)，節(jié)能顯著。且變壓器運(yùn)行效率高、

14、噪聲低、溫升低、維修費(fèi)用低、對環(huán)境保護(hù)有益。變壓器選用S1170000/110型三相雙繞組無勵磁調(diào)壓電力變壓器。高壓及分接范圍：121±2×2.5%Kv，低壓：10.5Kv，聯(lián)結(jié)組標(biāo)號：YNd11, 空載損耗：43Kw,負(fù)載損耗：218Kw, 空載電流：0.35%，短路阻抗：11%。容量選擇主要是考慮發(fā)電機(jī)與變壓器容量互相匹配.因發(fā)電機(jī)的最大出力可達(dá)到55MW，為了使變壓器獲得最高運(yùn)行效率，故選擇70000KVA比較合適；短路阻抗選擇11%主要是為了提高變壓器自身抗短路能力和減小高、低壓側(cè)開關(guān)等設(shè)備的短路電流；選擇自然冷卻方式，因風(fēng)冷噪音大，風(fēng)扇馬達(dá)維護(hù)工作量大，水冷設(shè)備對

15、水質(zhì)要求高，而河道水質(zhì)因為污染嚴(yán)重，很難保證水質(zhì)要求，且安全可靠性相對較低；選擇無載調(diào)壓方式，對于升壓變壓器，一般采用無分接結(jié)構(gòu)；選擇復(fù)合材料干式電容型變壓器套管，因充油套管工藝復(fù)雜，維護(hù)、試驗相對復(fù)雜，安全可靠性不如干式套管。另外，預(yù)留變壓器上層油溫、繞組溫度、色譜、局放在線監(jiān)測接口。2、 短路電流計算本次計算，是根據(jù)最新的電力系統(tǒng)資料、機(jī)組改造后資料和變壓器改造后資料，結(jié)合新規(guī)范進(jìn)行設(shè)備校驗。（1）計算用接線圖，見圖1所示。圖1（接線圖）圖2（零序網(wǎng)絡(luò)圖）圖3（正、負(fù)序網(wǎng)絡(luò)圖）（2）原始數(shù)據(jù)機(jī)組參數(shù)：13號發(fā)電機(jī)出口均為10.5kV；13號發(fā)電機(jī)：額定功率為50MW，功率因數(shù)為0.85，改

16、造后Xd為0.204；變壓器參數(shù)：13號變壓器改造后：容量ST=70MVA,Uk%=11%； 系統(tǒng)參數(shù)：電力系統(tǒng)歸算到電站110kV電壓母線上的正序電抗為0.101，零序電抗為0.134（Sj=100MVA）。（3）選取基準(zhǔn)容量Sb=100MVA，Ub=Vav，繪出等值電路，見圖23。（4）短路電流計算成果表見46。表4： 變壓器更新改造前短路時間短路點編號短路電流計算結(jié)果基準(zhǔn)電壓時間衰減常數(shù)分支線路名稱沖擊系數(shù)Kch三相短路單相短路短路容量等值電抗有效值I1”全電流Ich1沖擊電流ich1非周期分量ifz1短路容量等值電抗有效值I2”全電流Ich2沖擊電流ich2非周期分量ifz2s（KV）

17、（MVA）（KA）（KA）（KA）（KA）（MVA）（KA）（KA）（KA）（KA）0d111540系統(tǒng)C11.85990.500.1014.7347.66312.72-11.017197.100.3630.9421.5252.531-12.322#1發(fā)電機(jī)1.9222.620.2871.0641.7222.85967.580.6520.3230.5230.868#2發(fā)電機(jī)1.9203.790.3120.9741.5772.61760.050.7320.2870.4650.771#3發(fā)電機(jī)1.9213.000.2991.0181.6482.73564.860.680.310.5020.833變

18、壓器接地端1.9534.170.1342.5534.1326.86變壓器接地端1.9389.800.1841.8633.0165.006變壓器接地端1.9509.480.1412.4353.9416.543合計1629.910.9997.7912.6120.9311823.042.8868.71314.10423.412d210.540系統(tǒng)C11.9337.720.29618.5730.05849.898-61.272#1發(fā)電機(jī)1.9313.720.20417.2527.92246.351#2發(fā)電機(jī)1.966.730.9153.6695.9399.859#3發(fā)電機(jī)1.969.780.8763.

19、8376.21110.31合計787.952.29143.32670.13116.418表5： 三臺主變改造后（Uk%=11%）短路時間短路點編號短路電流計算結(jié)果基準(zhǔn)電壓時間衰減常數(shù)分支線路名稱沖擊系數(shù)Kch三相短路單相短路短路容量等值電抗有效值I1”全電流Ich沖擊電流ich非周期分量ifz短路容量等值電抗有效值I1”全電流Ich沖擊電流ich非周期分量ifzs（KV）（MVA）（KA）（KA）（KA）（KA）（MVA）（KA）（KA）（KA）（KA）0d111540系統(tǒng)C11.85990.500.1014.7347.66312.72-11.45-12.988#1發(fā)電機(jī)1.9223.090.

20、2961.121.8133.009#2發(fā)電機(jī)1.9223.090.2961.121.8133.009#3發(fā)電機(jī)1.9223.090.2961.121.8133.009變壓器接地端1.9變壓器接地端1.9變壓器接地端1.9合計1659.770.9898.09413.10221.7471829.129.18314.86424.675d210.540系統(tǒng)C11.9311.540.32117.1327.7340.03-58.87#1發(fā)電機(jī)1.9313.720.20417.2527.9246.35#2發(fā)電機(jī)1.965.870.9423.6225.8639.73#3發(fā)電機(jī)1.965.870.9423.62

21、25.8639.73合計757.002.40941.62467.376105.84表6： 三臺主變改造后（Uk%=10%）短路時間短路點編號短路電流計算結(jié)果基準(zhǔn)電壓時間衰減常數(shù)分支線路名稱沖擊系數(shù)Kch三相短路單相短路短路容量等值電抗有效值I1”全電流Ich沖擊電流ich非周期分量ifz短路容量等值電抗有效值I1”全電流Ich沖擊電流ich非周期分量ifzs（KV）（MVA）（KA）（KA）（KA）（KA）（MVA）（KA）（KA）（KA）（KA）0d111540系統(tǒng)C11.85990.500.1014.7347.66312.72-11.54-13.312#1發(fā)電機(jī)1.9227.670.288

22、1.1431.853.07#2發(fā)電機(jī)1.9227.670.2881.1431.853.07#3發(fā)電機(jī)1.9227.670.2881.1431.853.07變壓器接地端1.9變壓器接地端1.9變壓器接地端1.9合計1673.510.9658.16313.21321.931874.949.41315.23825.293d210.540系統(tǒng)C11.9330.090.30318.1529.3848.77-61.72#1發(fā)電機(jī)1.9313.720.20417.2527.9246.35#2發(fā)電機(jī)1.974.950.8644.1216.6711.07#3發(fā)電機(jī)1.974.950.8644.1216.6711

23、.07合計793.712.23543.64270.64117.263、動、熱穩(wěn)定校核結(jié)論電氣主接線圖所選主要電氣設(shè)備：（1）主變壓器改造后，高壓側(cè)最大工作電流為393A，高壓側(cè)短路時，短路電流及短路沖擊電流比改造前有所增加，但現(xiàn)有110kV高壓開關(guān)設(shè)備為全封閉六氟化硫組合電器，斷路器額定電流為2000A，額定短路開斷電流為40kA，隔離開關(guān)額定電流為1250A，額定短路耐受電流為31.5kA，均滿足設(shè)計要求；進(jìn)線電流互感器變比為400600/5A，母聯(lián)電流互感器為600/5A滿足設(shè)計要求。（2）三臺發(fā)電機(jī)出口真空斷路器額定電流為4000A，額定短路開斷電流為63KA，額定短路峰值耐受電流為176KA,額定短時耐受電流為63KA。主變改造后，發(fā)電機(jī)出口母線短路時，其短路電流及短路沖擊電流比改造前均有所減小