1000MW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 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 33 4 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 16 4 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2002 6 4 秦広 机车车辆用超导电变压器的