锦屏特高压换流站换流变压器型式选择与大件运输研究

1、锦屏特高压换流站换流变压器型式选择与大件运输研究胡劲松 张映祯 葛明 薛宜青（西南电力设计院， 四川 成都 610021）摘要：特高压换流站换流变数量多，运输尺寸和重量巨大，是制约换流站建设的关键因素之一。换流变运输方案与设备选型、设备制造以及现场安装工艺等各种因素密切相关，运输方案需综合变压器设计和运输条件进行反复优化。锦屏特高压换流站输送容量7200MW，为同期建设的特高压换流站最大，且位于四川凉山彝族自治州西昌市，既不沿海也不靠通航大江，大件运输条件尤为困难；针对换流变型式和大件运输进行研究，其结论不仅可以指导该工程的建设，对内陆地区后续特高压直流输电工程工作的开展也有重要的指导和借鉴意

2、义。关键词：特高压直流；换流变；型式选择；运输0 引言雅砻江锦屏一、二级梯级电站总装机容量1080万千瓦，锦屏特高压换流站是锦屏一、二级送电华东±800kV直流输电工程的起点，输送容量7200MW（为同期建设的特高压换流站最大），位于四川凉山彝族自治州西昌市，既不沿海也不靠通航大江，大件运输条件尤为困难。针对换流变型式和大件运输进行研究，其结论不仅可以指导该工程的建设，对内陆地区后续特高压直流输电工程工作的开展也有重要的指导和借鉴意义。特高压换流站换流变数量多，运输尺寸和重量大，运输方案与设备选型、设备制造以及安装工艺等各种因素密切相关，运输方案需综合变压器设计和运输条件进行反复优化

3、。换流变压器的总体结构可以是三相三绕组式、三相双绕组式、单相三绕组式和单相双绕组式。对中等容量和电压的换流站，应充分优化运输方案，有条件时采用三相变压器，可减少材料用量、占地及损耗。对于容量较大的变压器，可采用单相变压器组，运输条件和制造条件允许时应采用单相三绕组变压器。同单相双绕组变压器相比，单相三绕组变压器有更少的铁芯、油箱、套管及有载开关，因而原则上讲更经济、可靠。但单相三绕组变压器运输重量约为单相双绕组的1.6倍，宽度也较大，对大容量换流变来讲铁路不能运输，如葛洲坝换流站换流变压器采用单相三绕组，其网侧电压±525kV，容量237MVA，运输宽度5390mm，运输高度4960

4、mm，运输重量245T，采用水路公路运输方案。南方电网公司云南至广东特高压直流输电工程双极输送功率5000MW，受端换流站位于沿海地区，采用水路公路运输方案，曾对±400kV换流阀组换流变压器采用单相三绕组的可行性进行了分析。该单相三绕组换流变容量474MVA，参考运输重量450t，参考运输尺寸（长×宽×高，mm）11100×4900×4950，运输基本可行。考虑到制造难度、运输风险以及国产化等因素，从稳妥出发还是推荐选用单相双绕组变压器。国家电网公司向家坝至上海特高压直流输电工程输送容量6400MW，送端换流站靠近金沙江通航河段、受端换流变位

5、于上海奉贤，采用水路公路运输方式，经论证均采用单相双绕组变压器。由此可见，锦屏至苏南特高压直流输电工程输送容量7200MW，换流变应采用单相双绕组变压器，其单台容量为365MVA。1、运输条件锦屏特高压换流站定点四川省凉山州西昌市西南方向约15km处的裕隆站址，因西昌市附近不具备水路通航条件，工程可供比较的运输方案有“铁路（至西昌）公路（至站址）”或“水路（至乐山港）公路（至西昌）”两种方案。1.1 “铁路（至西昌）公路（至站址）”方案（1）铁路运输路线：可供选择的路线有“南昆线”及“成昆线”两条，研究表明“南昆线”铁路限界稍大于“成昆线”，对侧承式变压器，运输尺寸控制在12.5m×

6、3.5m×4.85m（长×宽×高）范围内可实施铁路运输。（2）铁路运输车辆：铁路现有的运输车辆不能满足特高压换流变的运输要求，需要研制新的特种运输车辆才能满足铁路运输需要，近期株州车辆厂等已初步提出新研制载重400t落下孔车的主要参数并表示在技术上无问题。1.2 “水路（至乐山港）公路（至西昌）”运输方案“水路（至乐山港）公路（至西昌）” 运输方案的具体运输路线为：水路为“上海 长江 宜宾 岷江 乐山”，乐山码头建有1000t级泊位1个，配备有550t桥吊1台，水路对换流变运输基本无限制；公路为“乐山夹江（眉山）洪雅雅安荥经汉源石棉冕宁西昌站址”，全长564km、

7、沿途桥梁184座，该线路以国道G108和省道S305为主，需翻越海拔2109m的泥巴山和海拔3007m的拖乌山。鉴于公路运输方案“路长桥多、周边地质复杂”的特点，工程可行性研究阶段对沿线的每一座桥梁、全程路面及空障等设施均进行了认真细致的现场踏勘工作，并对具体的改造措施、工程量及公路运输措施费进行了全面研究，论证认为：对桥梁、路面及空障等采取措施后方案可行，但工程实施和协调难度大，运输费用大大高于铁路，设备运输时对正常交通秩序影响很大。2、特高压换流变的技术现状目前，世界上特高压换流变主要有ABB和SIEMENS两大技术流派，国内厂家也分别基于该技术进行研发和制造，其主要技术特点见表1。表1

8、特高压换流变主要技术特点ABB技术SIEMENS技术结构直接出线：铁心形式为单相四柱结构，变压器容量分在两个柱上，阀侧引线从两个柱引出后即并联，在油箱内走线。间接出线：铁心形式为单相五柱结构，变压器容量分在三个柱上，阀侧引线从三个柱引出油箱外后并联走线。工艺及可靠性直接出线在阀侧两个柱线圈并联，并且在油箱内走线，工厂组装，相对Siemens的结构更容易一些，产品的安全性、稳定性相对提高。间接出线由于在阀侧三个柱线圈并联，需要三个出线口同时对装，并且需要到现场装配，因此在安装上有一定的难度，同时对制造工艺提出更高要求。成本单相四柱结构和阀侧引线在油箱内走线的直接出线结构，与Siemens的结构相

9、比，在材料消耗、重量、出线装置成本方面都有一定的降低。单相五柱结构材料消耗大，总重和运输重都有一定程度的增加，材料成本有一定的增加；三个单独的出线装置的设计和材料成本也都有一定的增加。运输适应性一方面由于采用单相四柱结构，与Siemens结构相比，在单柱容量上较大，相应地油箱宽度较大，另一方面由于阀侧引线在油箱内走线，也占用了油箱的宽度，因此运输尺寸较大。一方面由于采用的结构为单相五柱，容量在三个柱上，因此每个柱的容量较低，相应地油箱宽度减小，另一方面由于阀侧引线引出在油箱外面走，运输时拆下，也降低了油箱的宽度，因此运输外限降低；但另一方面，也由于铁心形式为单相五柱结构，变压器的运输长度加长。

10、 由此可见，虽然间接出线技术可减少运输宽度，有利于大件运输，但对制造工艺和现场装配工艺要求较高。根据业主要求，SIEMENS在向家坝至上海特高压直流输电工程中也设计了单相四柱结构、直接出线技术的产品。因此，运输条件允许时，应优先采用直接出线技术换流变。3、基于直接出线技术的特高压换流变按照铁路运输限界要求设计制造的可行性针对锦屏换流站铁路运输限界条件并结合换流变容量、阻抗、绝缘水平等参数，相关变压器供应商开展了针对性的研发工作，并提出了初步研究结论，其主要观点如下：（1）设计制造基于直接出线技术、满足锦屏换流站铁路运输限界条件和换流变技术要求的特高压换流变是可行的，运输重量340380吨。但换

11、流变设计优化受到很大的限制；（2）运输限界对换流变参数影响最大的是阻抗、温升和过负荷能力；（3）换流变运输推荐采用下落孔车方式，不推荐采用自承式变压器。自承式变压器油箱内仍需设置变压器承重梁，因而不能有效提高换流变设计宽度；（4）换流变有两个设计方案可供考虑：方案一：采用传统单相四柱结构。这一方案对变压器设计是一个相当大的挑战，变压器参数选择将受到限制：阻抗需要提高到1920，绕组最热点温升将从68K增加到73K，在7200MW的额定输送容量基础上，很难再提供持续的过负荷能力；方案二：采用单相五柱结构。本方案可大大增加变压器设计自由度，可采用标准的下落孔车运输，并满足系统设计对变压器技术参数的

12、要求。此外，还可考虑采用将特高压换流变的调压线圈与主线圈分开布置，设置单独的调压变压器的方式，或者换流变冷却方式由强油循环风冷改为强油循环水冷，设置水冷冷油器的措施，以有效减小换流变运输尺寸，满足铁路运输限界要求。4、结语4.1采用间接出线技术的特高压换流变可减少运输宽度，有利于大件运输，但对制造工艺和现场装配工艺要求较高。运输条件允许时，应优先采用直接出线技术换流变。4.2研究表明，设计制造基于直接出线技术、满足锦屏换流站铁路运输限界条件和换流变技术要求的特高压换流变是可行的。4.3 运输方案选择采用“铁路（至西昌）公路（至站址）”的运输方案，运输难度最小，在“设计制造基于直接出线技术、满足锦屏换流站铁路运输限界条件和换流变技术要求的特高压换流变是可行的”的前提下，锦屏特高压换流站换流变应首选采用“铁路（至西昌）公路（至站址）”的运输方案。“水路（至乐山港）公路（至西昌）”运输方案在对公路沿线桥梁、路面及空障等采取措施后是可行的，但实施和协调难度大，运输费用高，可作为“铁路（至西昌）公路（至站址）”运输方案的后备方