220 kV主变压器负载运行油温测试研究

高自伟， 张 健， 徐 超

(国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨 150030)

220 kV主变压器负载运行油温测试研究

高自伟， 张 健， 徐 超

(国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，哈尔滨 150030)

以某220kV变电站1号主变压器为研究对象，介绍了在负载运行条件下进行油温测试的前提条件和蝶阀操作次序，总结了日负载率的总体变化规律。通过开合散热器蝶阀来改变变压器的散热条件，绘制开启蝶阀数量与变压器温升关系，分析变压器油温与蝶阀开合、环境温度、风速、负载损耗等因素的关系。通过控制负载率及蝶阀，可以有效控制出口油温，为变压器余热利用奠定现实基础。

变压器；负载运行；负载损耗；油温测试

变压器负载条件下的油温测试是通过改变变压器在负载运行条件下散热器蝶阀开启数量来完成的，变压器温升值越高，表明单位可控可利用余热量越多，这些研究为变压器余热利用提供了重要辅助依据[1-2]。本文综合考虑了黑龙江省内各生产单位变压器的运行情况(包括变压器额定容量、电压组合、冷却方式、空载损耗、负载损耗和运行环境等)，以某220 kV变电站1号主变压器为研究对象，开展了不同工况下变压器油温的测试工作。

1 测试原理及测试内容

运行中变压器的损耗转化为热量，变压器油受热向上运动，因而变压器上层油温较高。变压器上层热油经过散热器上端蝶阀进入散热器，热油降温后向下流动，经下端蝶阀流回变压器本体，从而完成整个循环冷却过程，这就是变压器油的“烟囱效应”。可以通过关闭散热器上端或下端任意一个蝶阀来关闭循环油路，散热器将随即停止工作，考虑到人身安全和操作方便，选择关闭散热器下端蝶阀来改变变压器的散热条件，进行油温测试[3]。

变压器需要具备以下条件来保证测试顺利进行：变压器在空载运行条件下运行稳定；变压器各种保护正常投入；经红外热成像仪测试，变压器无过热现象；变压器油中溶解气体色谱分析等在线监测数据合格；变压器油温显示仪主变油温显示准确、可靠[4]。

1.1 变压器主要参数

型号：SFSZ11-90 000/220

额定容量：90 000 kVA/90 000 kVA/45 000 kVA

电压组合：(220±8×1.25%)/66/10.5 kV

冷却方式：ONAN/ONAF(70%/100%)

负荷损耗：347.005kW(高-中)、128.157kW(高-低) 、96.014kW(中-低)

空载损耗：58.560 kW

空载电流：0.15%

1.2 蝶阀操作次序

关闭蝶阀顺序见表1，开启蝶阀顺序见表2，散热器编号如图1所示。

表1 关闭散热器蝶阀操作Table 1 Operation in closing radiator butterfly values

表2 开启散热器蝶阀操作Table 2 Operation in opening radiator butterfly values

图1 变压器散热器布置图Fig.1 Radiator layout of transformer

1.3 试验期间负荷情况

在前期调研阶段，从运行人员处了解到，1号主变压器5月上旬每天的日负荷曲线基本相同。试验期间每间隔1 h对高压侧线电压、线电流、有功负荷和无功负荷等数据进行一次记录。时间起始点为每天12:00，5月17日-5月21日负的载率曲线如图2所示。由以上数据和图表分析可知，5月17日-5月21日负载率总体变化规律相同，变化范围依次为19.49%～38.53%、20.18%～36.01%、19.43%～38.77%、19.09%～38.62%和19.43%～39.75%。

图2 负载率曲线Fig.2 Load rate curves

1.4 关闭蝶阀油温测试

用红外热成像仪进行变压器红外测温，同时监测变压器油中溶解气体色谱分析数据，如果均无异常，则开始油温测试工作。按表1所示顺序，依次关闭相应的散热器蝶阀，每小时记录一次变压器顶层油温、高压侧线电压、线电流、有功负荷、无功负荷、环境温度和湿度等数据。每天进行两次关闭蝶阀操作，时间分别为9:00和17:00，依次选取负载率约为27%、30%、33%和36%时的测量数据，绘制关闭蝶阀数量与变压器温升关系曲线。以负载率约为27%为例，关闭蝶阀数量与变压器温升变化曲线采用三次多项式拟合，如图3所示。

图3 负载率27%时关闭蝶阀数量与温升曲线图Fig.3 Curve diagram of relationship between closing butterfly value quantity and temperature rise when load rate is 27%

1.5 开启蝶阀油温测试

每天进行两次开启蝶阀操作，具体开启次序见表2，操作时间分别为9:00和17:00，选取环境温度相近、负载率约为33%的测量数据，绘制开启蝶阀数量与变压器温升关系曲线如图4所示。

图4 开启蝶阀数量与温升曲线图Fig.4 Curve diagram of relationship between opening butterfly value quantity and temperature rise

2 试验分析

2.1 温升和负荷数据分析

假定试验期间风速、环境温度和湿度等气象条件不发生骤变，选定温升和负荷作为特征值，以此观测试验数据。理想测试状态下，保持负荷恒定，进行蝶阀操作，完成一个“关闭—开启”测试循环后，再改变负载率，进行下一组测试。但考虑到生产实际，测试期间很难实现负荷恒定，测试期间日负荷曲线变化规律相同，因此每天操作蝶阀的时间固定不变，选为9:00和17:00，这样既可以得到不同负荷条件下的测试数据，又可以降低不同蝶阀操作时负荷波动对温升的影响。图5为不同负荷情况下蝶阀关闭数量与温升关系拟合曲线，从中可以看出，负载率越高，整体温升曲线越高；温升随着蝶阀关闭的数目而上升，单次蝶阀关闭率越大，温升增长越大。

图5 蝶阀关闭数量与温升关系曲线Fig.5 Curve diagram of relationship between closing butterfly value quantity and temperature rise

2.2 环境影响因素分析

由于试验在户外进行，风速对变压器箱体和散热器的冷却效果影响较大，风速越大，油温和温升就越低，变压器冷却效果就越好。尤其在关闭蝶阀测试的后期，变压器主要靠箱体与空气间自然散热，风速大小对顶层油温和温升的影响尤为显著；试验期间降雨会使散热条件得到改善，相同环境温度下，温升降低。

3 结 论

油温测试和红外热成像检测及变压器油中溶解气体色谱分析等数据都表明变压器运行正常。鉴于部分散热器关闭不严，变压器在负载率为27%～36%运行条件下变压器温升达41℃，推测散热器全部关闭后，温升应高于41℃。负载率越高，蝶阀关闭数量越多，温升关系曲线越高。风速、降雨及环境温度骤变对变压器油温升有一定影响[5-7]。不难推断，通过控制负载率及蝶阀，可以有效控制出口油温，进而为变压器余热利用提供物质基础。

[1] 保定天威保变电气股份有限公司．变压器试验技术[M]．北京：机械工业出版社，2006. Baoding Tianwei Baobian Electric Co., Ltd. Transfer test technology[M]. Beijing: China Machine Press, 2006.

[2] 操敦奎，徐维宗，阮国方．变压器运行维护与故障分析处理[M]．北京：中国电力出版社，2008. CAO Dunkui, XU Weizong, RUAN Guofang. Transformer operation & maintenance and fault analysis & treatment[M]. Beijing: China Power Press, 2008.

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[5] 端木琳．变压器余热利用的分析与探讨[J]．沈阳建筑工程学院学报，1993,9(1):62-64． DUAN Mulin. Analysis and approach on residual-heat utiligation for transformer[J]. Journal of Shenyang Architectural and Civil Engineering Institute, 1993,9(1): 62-64.

[6] 苗建军，张长江．余热型空调技术在热电冷联产系统中的应用[J]．制冷与空调，2009,9(3)：72-77． MIAO Jianjun, ZHANG Changjiang. Application of waste-heat recovery type air-conditioning technology into cogeneration projects[J]. Refrigerator and Air-conditioning, 2009,9(3): 72-77.

[7] 杜双育，王红斌，李峰．变压器油温异常状态识别方法[J]．电气应用，2015(S2):859-862． DU Shuangyu, WANG Hongbin, LI Feng. Identification method of oil temperature abnormal state for transformer[J]. Electrotechnical Application, 2015(S2): 859-862.

(编辑 侯世春)

Study on oil temperature test of 220 kV main transformer during load operation

GAO Ziwei, ZHANG Jian, XU Chao

(Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150030, China)

In this paper, taking No. 1 main transformer of a 220kV substation as the research object, the premise during the temperature test and the butterfly value operation sequence are introduced under the condition of load operation and the general changing law of daily load rate is summarized. By opening and closing the radiator butterfly valve to change heat dissipation condition of transformer, relationship between opening butterfly valve quantity and transformer temperature rise is drawn and the relationships between transformer oil temperature and valve opening and closing, environment temperature, wind speed, load loss or other factors are analyzed. Through controlling load rate and the butterfly valve, the outlet oil temperature can be effectively controlled, which lays a solid foundation for the utilization of the waste heat of the transformer.

transformer; load operation; load loss;oil temperature test

2017-03-03。

高自伟(1979—)男,高级工程师，主要从事电气设备专业管理及科研工作。

TM411

A

2095-6843(2017)03-0252-03