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摘 要：本文根据我国国内现有百万级机组电厂的主变压器选择情况和国外百万级机组电厂的主变压器配套情况，及国内、外大型变压器厂家生产能力和供货业绩，对变压器的几种形式的性能、价格、占地面积、运输、检修维护等做了比较，同时结合新疆华电哈密叶子泉煤电一体化电厂工程的具体情况，详细分析论证了本工程主变压器的选择方案，做到技术经济最优。
关键词：变压器；布置；选型优化；
中图分类号：TV734 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-07-00-02
一、工程概述
本期工程拟建设2×1000MW超超临界燃煤空冷发电机组，同步建设烟气脱硫、脱硝装置，考虑再扩建条件。本工程的建设可以与国家电网公司跨区、跨省送电相结合，作为外送电源实现电力跨大区外送。
本项目可行性研究报告已于2011年6月经过预审查。审查意见对本工程厂址提出了不同意见。经答疑澄清和现场沟通，现阶段本工程投标的依据仍然为西北院在可研报告中提出的厂址条件，即西北厂址。
二、国内外设备生产情况
从目前国内变压器制造厂家来看，有能力提供针对百万千瓦级发电机组的大容量、高电压变压器的制造厂家有特变电工沈阳变压器有限责任公司（简称沈变）、保定天威保变电气股份有限公司（简称保变）、西安西电变压器有限责任公司（简称西变）等几家。上述公司均有能力生产400MVA/750kV等级的单相变压器，可满足百万千瓦级发电机组的主变压器的要求。虽然这几个厂家均表示完全有能力制造更大容量的，可以满足百万千瓦级发电机组的三相主变压器，但只有沈变实际生产过1140MVA，750kV等级的三相一体变压器：湖北电力公司荆门变电站，青海电力公司西宁变电站（属国网特高压项目）。
日本的大型变压器生产厂商很多年前已开始提供百万等级三相一体的大型变压器，如日本东芝公司1973年开始生产并提供超过1060MVA的大型三相一体变压器，1996年为Kashiwazaki提供了一台1450MVA的三相一体变压器，由于其生产基地在港口附近，可通过海运到濒海工程目的地，至今已为日本国内提供了十八台1060MVA及以上的大容量三相一体式变压器。而日本三菱公司也在1975年就有提供1100MVA的大型三相一体变压器的业绩，最大一台大型三相一体变压器是2003年供给日本滨冈发电厂主变压器，容量达到1510MVA，至今已为日本国内提供了十五台1050MVA及以上的大容量三相一体式变压器。另外根据了解日立公司也同样具有同等容量三相一体式变压器的生产能力。目前日本的百万千瓦级电厂均是选用三相一体的大型变压器，没有选用三单相变压器组的实例。
三、变压器容量的选择及型式
根据DL 5000-2000《火力发电厂设计规程》第13.1.5条：“容量为200MW及以上的发电机与主变压器为单元连接时，该变压器的容量可按发电机的最大连续容量扣除一台厂用工作变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温升在标准环境温度或冷却水温度下不超过65℃的条件进行选择。”而根据国内三大动力制造商的制造能力来看，国内百万千瓦级机组的最大连续容量约为1174.7 MVA（上海汽轮发电机有限公司）/1159 MVA（东方电机股份有限公司）/1176.7 MVA（哈尔滨电机厂有限责任公司），根据上述条件计算，并考虑扣除5%左右的厂用电，百万千瓦级机组的主变压器容量约需1140MVA。
上述大容量的变压器，根据DL 5000-2000《火力发电厂设计规程》第13.1.3条：“与容量为600MW机组单元连接的主变压器应综合运输和制造，经技术经济比较可采用单相或三相变压器。”而规范对于1000MW机组的主变压器选择没有专门的规定，在实际工程中，我们可参照使用该条文。因此，对于百万千瓦级发电机组的主变压器可采用容量为3x380MVA左右的三单相变压器组或容量为1140MVA左右的三相一体变压器。
因此，1000MW機组配套国产1140MVA主变压器是合适的。许多资料中也表明了这种观点，因此对1000MW发电机组匹配变压器的容量本专题不再详细叙述了，即按照配1140MVA主变压器考虑。
1000MW机组主变压器主要有两种型式：三相一体变压器和三单相变压器组。按照二十一世纪示范电厂的设计思路，在采用三单相变压器组方案时，不设备用相。
根据DL 5000-2000《火力发电厂设计规程》第13.1.3条：“……当选用单相变压器组时，应按所连接电力系统和设备的条件，确定是否需要装设备用相。”当百万千瓦级机组工程选用三单相变压器组后，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备用相仅作为备件，除非三单相变压器组的某一相变压器发生故障时，才会使用，其利用率相当低。
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。本工程2台机组时暂不考虑设置备用相，但4台机组时可考虑设置1台备用相。
对于1000MW机组应选用三相一体还是三单相的主变压器，一般从以下几方面加以考虑：首先是初投资方面的比较，包括设备费用的差别、布置上的差异、运输条件的影响；还要考虑运行费用及可靠性方面的因素。本工程两台1000MW机组，分别按采用两台三相一体主变压器方案和六台单相主变压器方案作比较。下面对两种型式主变压器的主要技术条件、价格、运输和布置方式加以比较。
四、三相一体和三单相主变压器的技术经济比较 本工程两台1000MW机组，按主接线方案出线电压为750kV。相应地，主变压器的型号为：三相变压器750kV，型号为SFP-1140000/750；单相变压器750kV，型号为DFP-380000/750。下面是这两种变压器的主要技术参数和报价。
三相和单相主变压器的主要技术条件和价格
由上表可见，六台单相主变压器方案和两台三相主变压器方案从设备初始购买费（以沈变价格为基础）：
六台三单相变压器价格 = 1300×6 =7800（万元）
两台三相一体变压器价格 = 2600×2 = 5200（万元）
主变压器单相方案为三相方案的7800/5200*100%=150%
单相变方案较三相变方案多7800-5200=2600（万元）
五、主变压器的运输能力
主变压器无论是三相一体还是单相的，都属于超重、超限货物运输。变压器在运输时都必须是充氮运输，需加装充氮装置。过大的加速度会造成变压器内部结构的损坏。从运输方式角度来说，根据变压器的运输重量、运输尺寸、变压器的型式及工程所在地的交通位置，可采用铁路运输、公路运输两种运输方式。
由于众多的铁路、公路桥梁不可能按多年通过一次的重达数百吨的大型设备的荷载为标准进行设计，铁路、公路的隧道/涵洞也不可能按多年通过一次的超高大型设备的高度为标准进行设计，因此铁路、公路运输受到铁路桥梁通过能力和隧道/涵洞通过能力的限制。故铁路、公路部门一般要求变压器的运输重量在200t左右，公路和铁路的运输限高均为5.5m。因此，采用单相变压器运输不成问题，而采用三相变压器将受运输重量和高度的限制，虽然采用水路运输对于无论何种型式的变压器，其运输重量和运输尺寸都不会受到限制，但考虑到此电厂的地理位置，基本无法采用水路运输，故不推荐三相变压器。
六、变压器损耗比较
变压器的空载损耗和短路损耗直接影响到变压器运行时的有功功率损耗，而短路阻抗和空载电流的大小将直接影响到变压器运行时的无功功率损耗。一般情况下，如果铁芯、主磁柱截面、材质相同，三单相变压器组与三相一体变压器的铜耗因线圈基本上变化不大，所以基本相同；铁耗因磁路和铁芯结构不同变化较大，对于三相五柱式铁芯，若其上下轭及边柱截面分配合理，磁路连通，保证ABC三相磁通很好抵消，磁密均匀，则因其磁路較短，铁耗较小，若其上下轭及边柱截面分配不合理，甚至磁路不连通（有气隙），因磁路中磁密不均匀，甚至发生畸变，含高次谐波，则铁耗可能会大些。
七、结论
从变压器的运输条件及综合经济技术分析结果来看，三相主变压器具有初投资少，占地面积小等优点，安装维护较容易，年运行费用低，在技术上和初投资方面具有一定的优势；从可靠性来讲，三相主变压器比单相主变压器的可靠性要高，由于运输条件的限制，单相主变压器的订货和运行业绩远高于三相主变压器，在可靠性上没有可比性。但考虑到能够生产本工程1140MVA三相一体主变压器的供货商只有沈阳变压器厂有运行业绩，在设计、生产制造和变压器试验等方面经验较少，对变压器的散热，以及变压器的抗短路能力具有不确定性，技术风险较大，主变压器的结构型式暂按单相变压器组考虑，为了确保万无一失，建议招标方在变压器招标时，要求变压器供货厂家提供对本工程变压器在技术方面所采取的具体措施，以及具体的运输组织方式和必要的安全措施情况，以供选择。
考虑到本工程特殊的地理位置，对本工程主变压器暂推荐采用三单相主变压器。
关键词：变压器；布置；选型优化；
中图分类号：TV734 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-07-00-02
一、工程概述
本期工程拟建设2×1000MW超超临界燃煤空冷发电机组，同步建设烟气脱硫、脱硝装置，考虑再扩建条件。本工程的建设可以与国家电网公司跨区、跨省送电相结合，作为外送电源实现电力跨大区外送。
本项目可行性研究报告已于2011年6月经过预审查。审查意见对本工程厂址提出了不同意见。经答疑澄清和现场沟通，现阶段本工程投标的依据仍然为西北院在可研报告中提出的厂址条件，即西北厂址。
二、国内外设备生产情况
从目前国内变压器制造厂家来看，有能力提供针对百万千瓦级发电机组的大容量、高电压变压器的制造厂家有特变电工沈阳变压器有限责任公司（简称沈变）、保定天威保变电气股份有限公司（简称保变）、西安西电变压器有限责任公司（简称西变）等几家。上述公司均有能力生产400MVA/750kV等级的单相变压器，可满足百万千瓦级发电机组的主变压器的要求。虽然这几个厂家均表示完全有能力制造更大容量的，可以满足百万千瓦级发电机组的三相主变压器，但只有沈变实际生产过1140MVA，750kV等级的三相一体变压器：湖北电力公司荆门变电站，青海电力公司西宁变电站（属国网特高压项目）。
日本的大型变压器生产厂商很多年前已开始提供百万等级三相一体的大型变压器，如日本东芝公司1973年开始生产并提供超过1060MVA的大型三相一体变压器，1996年为Kashiwazaki提供了一台1450MVA的三相一体变压器，由于其生产基地在港口附近，可通过海运到濒海工程目的地，至今已为日本国内提供了十八台1060MVA及以上的大容量三相一体式变压器。而日本三菱公司也在1975年就有提供1100MVA的大型三相一体变压器的业绩，最大一台大型三相一体变压器是2003年供给日本滨冈发电厂主变压器，容量达到1510MVA，至今已为日本国内提供了十五台1050MVA及以上的大容量三相一体式变压器。另外根据了解日立公司也同样具有同等容量三相一体式变压器的生产能力。目前日本的百万千瓦级电厂均是选用三相一体的大型变压器，没有选用三单相变压器组的实例。
三、变压器容量的选择及型式
根据DL 5000-2000《火力发电厂设计规程》第13.1.5条：“容量为200MW及以上的发电机与主变压器为单元连接时，该变压器的容量可按发电机的最大连续容量扣除一台厂用工作变压器的计算负荷和变压器绕组的平均温升在标准环境温度或冷却水温度下不超过65℃的条件进行选择。”而根据国内三大动力制造商的制造能力来看，国内百万千瓦级机组的最大连续容量约为1174.7 MVA（上海汽轮发电机有限公司）/1159 MVA（东方电机股份有限公司）/1176.7 MVA（哈尔滨电机厂有限责任公司），根据上述条件计算，并考虑扣除5%左右的厂用电，百万千瓦级机组的主变压器容量约需1140MVA。
上述大容量的变压器，根据DL 5000-2000《火力发电厂设计规程》第13.1.3条：“与容量为600MW机组单元连接的主变压器应综合运输和制造，经技术经济比较可采用单相或三相变压器。”而规范对于1000MW机组的主变压器选择没有专门的规定，在实际工程中，我们可参照使用该条文。因此，对于百万千瓦级发电机组的主变压器可采用容量为3x380MVA左右的三单相变压器组或容量为1140MVA左右的三相一体变压器。
因此，1000MW機组配套国产1140MVA主变压器是合适的。许多资料中也表明了这种观点，因此对1000MW发电机组匹配变压器的容量本专题不再详细叙述了，即按照配1140MVA主变压器考虑。
1000MW机组主变压器主要有两种型式：三相一体变压器和三单相变压器组。按照二十一世纪示范电厂的设计思路，在采用三单相变压器组方案时，不设备用相。
根据DL 5000-2000《火力发电厂设计规程》第13.1.3条：“……当选用单相变压器组时，应按所连接电力系统和设备的条件，确定是否需要装设备用相。”当百万千瓦级机组工程选用三单相变压器组后，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备用相仅作为备件，除非三单相变压器组的某一相变压器发生故障时，才会使用，其利用率相当低。
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。本工程2台机组时暂不考虑设置备用相，但4台机组时可考虑设置1台备用相。
对于1000MW机组应选用三相一体还是三单相的主变压器，一般从以下几方面加以考虑：首先是初投资方面的比较，包括设备费用的差别、布置上的差异、运输条件的影响；还要考虑运行费用及可靠性方面的因素。本工程两台1000MW机组，分别按采用两台三相一体主变压器方案和六台单相主变压器方案作比较。下面对两种型式主变压器的主要技术条件、价格、运输和布置方式加以比较。
四、三相一体和三单相主变压器的技术经济比较 本工程两台1000MW机组，按主接线方案出线电压为750kV。相应地，主变压器的型号为：三相变压器750kV，型号为SFP-1140000/750；单相变压器750kV，型号为DFP-380000/750。下面是这两种变压器的主要技术参数和报价。
三相和单相主变压器的主要技术条件和价格
由上表可见，六台单相主变压器方案和两台三相主变压器方案从设备初始购买费（以沈变价格为基础）：
六台三单相变压器价格 = 1300×6 =7800（万元）
两台三相一体变压器价格 = 2600×2 = 5200（万元）
主变压器单相方案为三相方案的7800/5200*100%=150%
单相变方案较三相变方案多7800-5200=2600（万元）
五、主变压器的运输能力
主变压器无论是三相一体还是单相的，都属于超重、超限货物运输。变压器在运输时都必须是充氮运输，需加装充氮装置。过大的加速度会造成变压器内部结构的损坏。从运输方式角度来说，根据变压器的运输重量、运输尺寸、变压器的型式及工程所在地的交通位置，可采用铁路运输、公路运输两种运输方式。
由于众多的铁路、公路桥梁不可能按多年通过一次的重达数百吨的大型设备的荷载为标准进行设计，铁路、公路的隧道/涵洞也不可能按多年通过一次的超高大型设备的高度为标准进行设计，因此铁路、公路运输受到铁路桥梁通过能力和隧道/涵洞通过能力的限制。故铁路、公路部门一般要求变压器的运输重量在200t左右，公路和铁路的运输限高均为5.5m。因此，采用单相变压器运输不成问题，而采用三相变压器将受运输重量和高度的限制，虽然采用水路运输对于无论何种型式的变压器，其运输重量和运输尺寸都不会受到限制，但考虑到此电厂的地理位置，基本无法采用水路运输，故不推荐三相变压器。
六、变压器损耗比较
变压器的空载损耗和短路损耗直接影响到变压器运行时的有功功率损耗，而短路阻抗和空载电流的大小将直接影响到变压器运行时的无功功率损耗。一般情况下，如果铁芯、主磁柱截面、材质相同，三单相变压器组与三相一体变压器的铜耗因线圈基本上变化不大，所以基本相同；铁耗因磁路和铁芯结构不同变化较大，对于三相五柱式铁芯，若其上下轭及边柱截面分配合理，磁路连通，保证ABC三相磁通很好抵消，磁密均匀，则因其磁路較短，铁耗较小，若其上下轭及边柱截面分配不合理，甚至磁路不连通（有气隙），因磁路中磁密不均匀，甚至发生畸变，含高次谐波，则铁耗可能会大些。
七、结论
从变压器的运输条件及综合经济技术分析结果来看，三相主变压器具有初投资少，占地面积小等优点，安装维护较容易，年运行费用低，在技术上和初投资方面具有一定的优势；从可靠性来讲，三相主变压器比单相主变压器的可靠性要高，由于运输条件的限制，单相主变压器的订货和运行业绩远高于三相主变压器，在可靠性上没有可比性。但考虑到能够生产本工程1140MVA三相一体主变压器的供货商只有沈阳变压器厂有运行业绩，在设计、生产制造和变压器试验等方面经验较少，对变压器的散热，以及变压器的抗短路能力具有不确定性，技术风险较大，主变压器的结构型式暂按单相变压器组考虑，为了确保万无一失，建议招标方在变压器招标时，要求变压器供货厂家提供对本工程变压器在技术方面所采取的具体措施，以及具体的运输组织方式和必要的安全措施情况，以供选择。
考虑到本工程特殊的地理位置，对本工程主变压器暂推荐采用三单相主变压器。