1 000MW核电站配套变压器选型与设计特点.pdf

中国电机工程学会高电压专委会学术年会论文集 10 0 0 M W 核电站配套变压器选型与设计特点 郭满生 保定天威保变电气股份有限公司，保定0 7 1 0 5 6 摘 要介绍了天威保变为国内核电站生产配套变压器的基本情况，分析了1 0 0 0 M W 核电站配套变压器的几 种类型，以岭东核电站主变压器D F P 一4 0 0 0 0 0 ／5 0 0 为例介绍了核电变压器的基本要求和技术特点，对该变压器 铁心、线圈、器身、油箱的结构进行了一些详细的描述。并强调了质保体系在核电产品生产中的重要性。 关键词核电站配套变压器技术规范结构质保体系 1核电机组配套变压器的类型 当前，国内外核能发电进入了一个快速 发展时期，国家能源局提供的数据显示，截 止到2 0 0 8 年3 月2 0 日，世界上3 2 个国家和 地区共有4 3 9 台核电机组在运行，核电装机 容量超过3 ．9 亿千瓦，核电发电量占发电总 量的1 7 ％。特别是近几年，核电再次受到了 广泛的重视。比如，美国计划在2 0 2 0 年增加 6 0 0 0 万千瓦的装机容量；日本计划到2 0 1 4 年要增加1 0 台机组并网，使核电的份额超过 4 0 ％；韩国计划2 0 1 5 年核电份额将占4 6 ％左 右。发展中国家如印度计划到2 0 2 0 年将核电 容量扩充至现在的l O 倍，巴基斯坦计划到 2 0 3 0 年将核电扩充到8 0 0 万千瓦。目前，中 国已投产核电装机容量9 1 0 万千万，占电力 总装机的1 ．3 ％，2 0 0 7 年的发电量份额为 1 ．9 ％。国家核电中长期规划 2 0 0 5 ～2 0 2 0 提出中国核电的发展目标是，到2 0 2 0 年核电 装机容量达到4 0 0 0 万千瓦，在建1 8 0 0 千瓦 u 儿2 | 。由此可见，核能发电的发展给电力设备 带来了广阔的商机。保定天威保变电气股份 有限公司从上世纪八十年代就为我国首台核 电机组提供配套变压器，迄今在役和在制的 核电变压器己超过1 0 0 台，表1 为在役的核 电变压器的分布情况，表2 为在制的核电变 压器的分布情况， 表l天威保变在役核电变压器分布情况 规组名盗功姿Z 瓦坦兹圈吐间．主变 直[ 变盆助銮 秦山核电站 3 01 9 9 1 1 2 1 5 S F P 一4 0 0 0 0 0 ／2 2 0 大亚湾核电站l 机组9 0 大亚湾核电站2 机组 9 0 秦山二期l 机组6 0 岭澳核电站1 机组 岭澳核电站2 机组 秦山三期l 机组 秦山三期2 机组 秦山二期2 机组 田湾核电站l 机组 田湾核电站2 机组 1 9 9 3 - 0 8 - 3 1 1 9 9 4 - 0 2 0 7 2 0 0 2 一0 2 0 1 2 0 0 2 - 0 4 - 0 5 2 0 0 2 一1 2 一1 5 2 0 0 2 - I1 - 1 0 2 0 0 3 - 0 6 - 1 2 2 0 0 4 - 0 3 - 1I 2 0 0 6 - 0 5 1 2 2 0 0 7 - 0 5 - 1 4 S F P Z - 3 2 0 0 0 ／2 2 0 D F P 一2 5 0 0 0 0 ／5 0 0S F F Z 一4 2 0 0 0 ／2 2 0 S F Z ～31 5 0 0 ／2 2 0 S F Z 一3 2 0 0 0 ／2 2 0 S F Z 一3 2 0 0 0 ／2 2 0 D F P - 2 7 7 0 0 0 ／5 0 0 D F P - 2 5 0 0 0 0 ／5 0 0S F F Z 一5 0 0 0 0 ／2 0 S F Z 一3 1 5 0 0 ／2 2 0 表2 天威保变在制核电变压器分布情况 机组名称功率／万k w并网时间主变高厂变辅助变 - 1 2 2 0 “4馏灌0 ∞∞ g ；g 仡仡6 ●● 高压电器 岭东核电站l 和2 机组 秦山二期3 和4 机组 宁德核电站1 和2 机组 方家山核电站l 和2 机组 福清核电站1 和2 机组 红沿河核电站l 和2 机组 三门核电站1 和2 机组 各1 1 5 各6 5 各1 0 0 各1 0 0 各1 0 0 各1 0 0 各i 0 0 在建中 在建中 在建中 在建中 在建中 在建中 在建中 D F P 一4 0 0 0 0 0 ／5 0 0 D F P 一2 6 0 0 0 0 ／5 0 0 D F P - 4 0 0 0 0 0 ／5 0 0 D F P - 4 1 0 0 0 0 ／5 0 0 D F P 一4 1 0 0 0 0 ／5 0 0 D F P 一4 8 4 0 0 0 ／5 0 0 S F F Z 一6 8 0 0 0 ／2 0 S F F Z - 5 0 0 0 0 ／2 0 S F F Z 一6 8 0 0 0 ／2 0 S F F Z 一6 8 0 0 0 ／2 0 S F F Z 一6 8 0 0 0 ／2 0 S F F Z 一6 8 0 0 0 ／2 0 S F Z 一3 1 5 0 0 ／2 2 0 S F Z 一3 4 0 0 0 ／2 2 0 S F Z 一3 4 0 0 0 ／2 2 0 台山拉直站】拄和Z 盐扭．组 釜】Z Q 在建虫 S Z 3 】5 0 Q 』2 2 Q 从表1 和表2 可知，与核电机组配套的型保持不变，从近期陆续开工的核电站以及 变压器主要分三类即主变、高厂变、辅助变，未来的发展来看，与1 0 0 0 M W 核电机组配套 随着核电机组单机容量由3 0 0 M W 提高到的主变压器、高厂变、辅助变等将成为核电 1 0 0 0 M W ，各类变压器容量有所增加，但类变压器的发展主流，其中主变压器随着核电 机组单机容量的增加其设计容量不断增大，i i 变压器绕组匝间工作场强低于 5 0 0 K V 单相主变压器的容量己从2 5 0 M 、，A 提 高到了4 8 4 M V A ，台山核电站5 0 0 l Ⅳ单相主 变压器的容量更将达到7 0 0 M V A ，与核电机 组配套的主变压器容量增幅较大，而高厂变、 辅助变的设计容量目前变化不大。下面结合 我公司为岭东核电站提供的国内与1 0 0 0 M W 配套的首台核电主变压器D F P - 4 0 0 0 0 0 ／5 0 0 为 例说明该类变压器的特点。 2 岭东核电站主变压器D F P - 4 0 0 0 0 0 ／5 0 0 运行特性与技术规范 根据国内、国际标准以及核电站运行对 变压器的特殊要求。设计院提出的岭东核电 站主变压器D F P - 4 0 0 0 0 0 ／5 0 0 规范中的基本技 术数据如下 额定功率4 0 0 M 、，A ／4 0 0 M V A 电压比 5 2 5 k V 2 2 ．5 ％／2 4 k V 联结组 I i 0 三相组Y N d l1 阻抗电压 1 5 ．0 ％ 5 ％ 声压水平 7 8 d B A 绕组绝缘水平见表3 大容量核电变压器，在系统中占有重要 的地位，其结构复杂，一旦损坏修理难度大，且 对现场检修条件要求高，检修时间长，对系统 的用电影响大。因此除了上述主要技术参数， 规范还规定了大量的其他详细要求来提高其 安全可靠性，这里仅提到少数几项，它们对设 计有很大的影响。 1 产品在电气绝缘方面产品要满足i 1 ．5 U n ／√3 时的局放水平≤1 0 0 p C 恻| m m ， 表3 岭东核电站主变压器D F P - 4 0 0 0 0 0 ／5 0 0 绕组绝 缘水平 2 在散热方面产品要满足 变压器满载运行当全部冷却器退出运行 时，允许继续时间至少2 0 分钟，当油面温度 不超过7 5 ℃时，允许上升到7 5 ℃，但切除全 部冷却器后的最长允许满载运行时间不超过 l 小时。在最高环境温度下当全部冷却器退 出运行后，允许空载运行时间不超过4 小时。 3 在耐受短路方面。提出 系统容量为无穷大，变压器任一侧出口 处发生三相短路时，变压器能耐受4 秒钟不 应有变形和损坏，线圈温度低于2 5 0 ℃。 4 过励磁能力方面， 变压器带额定负荷时，在工频电压升高 时的允许运行持续时间应满足表4 的要求。 表4 工频电压升高时的运行持续时间 工频电压升高倍数 相一相 I ．0 51 ．1 01 ．2 5i ．5 0I ．5 8 相一地I ．0 5I ．1 0I ．2 5i ．9 02 ．0 0 运行持续时 间 不小于 连续2 0m i n2 0s180 ．1s 1 2 2 1 中国电机工程学会高电压专委会学术年会论文集 此外，由于核电主变压器高压侧通过S F 6 绝缘母线与G I S 相连；．与G I S 直接联接的变 压器绕组绝缘设计上应十分关注因G I S 隔离 闸刀操作而产生的快速瞬变过电压问题。岭 东核电站主变压器在直流接地极的影响范围 之内，由于直流偏磁造成的影响也需要考虑。 3 岭东核电站主变压器D F P - 4 0 0 0 0 0 ／5 0 0 结构特点 1 铁芯设计 铁芯使用进口高导磁材料，用步进搭接 叠压工艺做成4 个铁芯柱。夹件为板式。考 虑过励磁状态，拉板采用低磁性钢制造。降低 附加损耗防止局部过热。采用优质的硅钢片 剪切设备和先进的叠装、紧固的工艺和方法， 保证变压器铁芯的接缝质量和叠装质量，并 不致因运输或运行工况时的振动而松动。铁 心设置上下夹件磁屏蔽，改善绕组端部漏磁 分布，防止漏磁进入铁心结构件。根据漏磁 场计算结果，设计磁屏蔽的厚度及尺寸。铁 心叠片及结构件分别通过套管由箱盖引出， 引至油箱下部接地。 2 线圈设计 高压绕组采用分区补偿的内屏蔽连续式 结构；低压绕组采用双层．螺旋结构，采用半 硬自粘性换位导线绕制高压绕组通过调整纵 向电容，改善绕组冲击分布。根据波过程计 算的冲击电压分布，调整绕组屏蔽的段数和 匝数、工作线匝绝缘的厚度、屏蔽线匝绝缘 的厚度以及油道的大小，使绕组纵绝缘强度 满足绝缘设计要求。 3 变压器器身 器身绝缘采用整体套装，主绝缘为薄纸 筒小油隙结构，使用绝缘压板压紧器身。制 造时，采用先进的套装和压装工艺，使整个 器身可靠紧固，有效提高变压器的抗短路能 力。为避免油流带电，变压器器身内最大油流 速度不大于0 ．5m ／s 。绕组内部的油流分布均 匀、油路畅通，避免绕组局部过热。 4 油箱设计 油箱采用钟罩式，油箱焊死结构，确保 有良好的密封。能承受活动部件的重量，箱壁 为板式结构，外设槽型加强铁，并承受真空 压力3 3 P a 和正压9 8 k P a 。 变压器油箱决定低压和高压套管的位 置，作为与发电机母线排和高压侧S F 6 ．G I S 之间的接口。油箱用磁性低碳钢制造，为防止 漏磁引起油箱结构件的过热和附加损耗的增 加，箱壁内设磁屏蔽，箱盖内设铜屏蔽。 产品按合同设计只是一个开始，严格按 照质保体系运行是保证产品质量的重要条 件，核电产品更是如此，我公司除了严格按 G B ／T 1 9 0 0 1 ．I S 0 9 0 0 1 族标准要求，制订公 司质量手册及4 5 份相配套的程序文件对 主要工序建立质量控制点2 0 个引，建立健全 质量保证体系并保证正常运行外。还针对核 电站非核级产品质保等级Q R I 的要求，严格 执行核电设备安全规程及管理规定。从图纸 管理、文件管理到现场管理、服务管理以及 质量计划的实施、合同执行、过程控制等各 个环节。都建立了整套的管理体制，保证产品 按合同要求顺利执行。切实保证了产品的安 全可靠性。 5 结论 核电站配套变压器由于其特殊的使用场 所在系统中占有重要的地位。对其性能、结构 有严格的要求。变压器设计时，应特别关注其 抗短路强度，绝缘的安全可靠性，大容量导致 的局部过热以及过励磁能力等，并从铁心、线 圈、器身、油箱的制造上满足安全使用的要 求。并强化质保体系，满足设计的高质量和 运行的可靠性。 参考文献 [ 1 ] 杨旭红，叶建华，钱红，“我国核电产业的现状 及发展，”上海电力学院学报，v 0 1 ．2 4 ，n o ．9 ， 2 0 0 8 ，P P ．2 1 8 2 2 1 ． [ 2 ] 胡兴军，周洁，届平，“我国核电发展进入新时 代，”电器工业，n o ．9 ，2 0 0 8 。P P ．3 8 4 3 ． [ 3 ] 利玉海，“精心组织、严密实施、确保核电产品 安全可靠，”中国核工业。n o ．1 0 ，2 0 0 6 ，P P ．1 5 一 1 6 ． 作者简介 郭满生0 9 6 7 - 男，高级工程师，长期从事大型电力变压器的 新产品开发工作． 1 2 2 2 1000MW核电站配套变压器选型与设计特点1000MW核电站配套变压器选型与设计特点 作者郭满生 作者单位保定天威保变电气股份有限公司 保定 071056 本文读者也读过10条本文读者也读过10条 1. 任丽.司汉松.唐跃进.李敬东.Ren Li.Si Hansong.Tang Yuejin.Li Jingdong 300kVA电动车组高温超导变压器 电流引线与套管的结构设计[期刊论文]-低温与超导2005,334 2. 韦福水.张立国.张新刚.WEI Fu-shui.ZHANG Li-guo.ZHANG Xin-gang VB6.0在弧焊变压器结构设计中的应用[期 刊论文]-天津理工学院学报2000,164 3. 江慧 机车动车用主变压器[期刊论文]-变流技术与电力牵引20026 4. 秦広 机车车辆用超导电变压器的开发待续[期刊论文]-铁道机车车辆工人20036 5. 张志强 35kV48级线端调压组合式有载分接开关[会议论文]-2007 6. 彭庆先.林环兴 水电厂厂用变压器的选型[期刊论文]-中国农村水利水电20046 7. 王品雁 交交变频系统变压器改造中的电磁及结构设计[期刊论文]-通化师范学院学报2003,244 8. 王和忠 浅谈低噪声变压器的设计与工艺[会议论文]-2006 9. 胡友林 缠绕干式自耦起动变压器的设计[期刊论文]-上海电器技术20023 10. 李峥 客户优先快速发展访上海ABB变压器有限公司总经理黄整[期刊论文]-电气应用2008,275 本文链接