强迫油循环风冷电力变压器冷却系统改造分析

2022-10-31云南电网有限责任公司昆明供电局陈振江何政宇王晓夫杨林清

电力设备管理 2022年17期

云南电网有限责任公司昆明供电局陈振江何政宇周影王晓夫杨林清

前言

变压器是电网供电、输、变、配电网的关键设备，其性能和质量直接影响着电网的安全和运行效率。变压器的冷却方式直接关系到变压器的寿命和是否能够正常工作，所以对其进行制冷是保证变压器安全、经济的关键。在电站或变电站多数采用强制油循环风冷式变压器，通过多台风机对变压器进行冷却，使其温度保持在规定的范围内，以确保其工作状态。但是由于变压器长期不停运转，导致了制冷装置的老化，加之周围环境的污染，导致了变压器的制冷系统出现了故障，导致了制冷系统不能正常工作。它会导致变压器发热、破坏、影响其正常工作，并对其安全运行产生极大的危害。

如今，随着电网运行规模的不断提高，电网运行的变压器数量不断增加，变压器技术水平不断提高。目前，在线变压器测试仪比较齐全，但也有不少1980年代初和1990年代初生产的强制油循环风冷变压器（SFSPZ-150000/220）。社会上的强制油循环风冷变压器大多已经过时了，近20年来冷冻系统不仅结构陈旧，而且实际冷冻效果低、噪音大、运行损耗大、维护复杂。

第二个缺点是这引发了对无人变电站和电网可靠运行的安全担忧，问题处理不当会导致严重的工业设备安全生产事故。因此，不仅要提高此类变压器的高冷却效率和专业负载能力，还要解决老式强制油循环风冷变压器制冷系统的上述转换，这有利于变压器的安全、稳定。为了提高电力系统运行的可靠性和延长变压器的使用寿命，应该对变压器的冷却系统进行技术改造，并对变压器油温进行实时监控，以期达到提高变压器使用寿命及稳定性的要求并降低变压器自身能耗。

1 强迫油循环风冷变压器冷却系统运行中隐患分析

常见的变压器有三种工作模式：第一种是油浸式制冷，不需要专门的制冷装置，其原理是利用物理上的对流，与外部的空气进行热量交换，从而达到对变压器的降温；第二种方法是采用油浸式制冷，采用风扇制冷，这种制冷系统本身带有一台风机，通过风扇的工作来冷却变压器，就像在夏天用电风扇来降温一样；第三种方法比较特别，就是通过油液的循环来冷却。然后重新装进油箱，冷却的方法和前两种差不多。

1.1 潜油泵运行中的隐患分析

大功率油循环风冷变压器的潜油汽油泵在变压器油中高速运转（1000r/min 以上）。每台潜水泵的总油流量为40m3/h，1小时可更换特定变压器的变压器油。其中，由于滚动轴承损坏、电机与电机转子之间金属材料的摩擦冲击、上下轴承端盖不平衡等原因，损坏的铁销流入变压器油中。一个电源变压器和两个变压器减少了电磁线圈，去除电缆护套会导致匝间局部放电或短路故障，并可能损坏变压器的主绝缘。

1.2 强迫油冷却散热器运行中的隐患分析

强制油循环风冷变压器强油冷热管散热器采用192Q235无缝管，直径16mm、壁厚2mm。大功率油冷式热管散热器的底部和中心容易积聚污垢、灰尘和水分。灰尘和水的长时间堆积会逐渐腐蚀层底，严重时会导致泵送热管散热器的底部。腐蚀和裂纹会导致变压器漏油、电缆涂层减少和接地系统短路故障，严重威胁变压器的可靠稳定运行。

1.3 油流继电器运行中的隐患分析

排水继电器适用于检查和标记潜水污水泵的运行，当潜水泵启动时，油滴继电器打开翻板并打开和关闭油滴继电器的器具触点。同时，将数据信号送入变压器风冷控制箱，潜水泵的排油始终由排油继电器的分离器完成。液压油向变压器的电磁线圈排放，使电磁线圈的电缆护套减少，引起局部放电或短路故障。

2 强迫油循环风冷变压器运行维护、节能、环保效益分析

强制油循环风冷电力设备工程变压器主要利用潜水汽油泵从变压器顶部抽油，将变压器油沿连接管送至热管散热器冷却。变压器设备老化变形，这是因为在此期间发生的技术流程越多，维护、持续更改和提高运营质量所需的时间和精力就越多。因此，强制油循环风冷变压器的日常维护工作需要做好，但如果由于电力消耗增加导致维修人员短缺，对风冷变压器配备保护的可靠稳定运行会带来严重的安全问题。

电网油循环制冷环保绿色公司采用目前正在实施的“技术专家思维逻辑、精益制造方法、系统软件操作”的国家节能减排的主要核心理念。电网可靠稳定运行的现行标准要求，如果变压器被迫在冷冻油循环中运行，则需要运行额外数量的封闭式冷却塔。当负载超载时，需要根据负载资本投入相应数量的封闭式冷却塔[2]。根据《电力设备工程变压器运行技术标准》，即使变压器超载，如果变压器的循环油结冰，就变成密封的冷却塔。冷却风扇仅在路面油温达到55°C 时运行。

以封闭式冷却塔为例，它有六台典型的老式强制油循环风冷变压器，潜水汽油泵的高效率为4kW，离心风机的输出为1.5kW×2台。闭路冷却塔的总单位功率为7kW，六座闭路冷却塔的总功率为42kW。当冷却方式从强制油循环冷却（ODAF）改为自然冷却（ONAN）或风冷（ONAF）时，冷却风扇的功耗为0.75kW×12=8.25kW，仅为19.6%。强制油循环冷却系统的效果完全符合日本节能减排、环保、绿色环保、环保节能的核心理念。

另外，从风冷控制箱的维护来看，功率损耗越大，对风冷控制箱的电器元件和电源线插头的要求也越高。接触器、小型继电器或多功能微波保护器也可能在使用早期损坏或毁坏，从而导致频繁的维护周期和高昂的维护成本。

3 改造方案

3.1 设计方案确定

它是根据冷却塔的结构设计、集成变压器的结构特点、工厂测试数据的信息内容、热管散热器、风扇，以及适当的冷却管的放置来保证温度的。根据模拟计算，变压器油永远不会比原设计更热，计划是确保先进变压器的温升不超过50K，最终的拆除方法，是利用变压器短轴两侧原主变压器的输入输出线对原5组热管散热器进行更新，变压器短轴压缩侧的工作集中在28组片式散热器上。同时，热管散热器散热芯与热管散热器芯的绝对高度差为1500mm，集热器和热管散热器出口处的孔为波纹状，增加变压器油的总量。

根据数值模拟，高层供暖约43.5K，空调制冷量约34%。按照过热度维持标准，总油流量约为39.6m3/h，总油流量约为49m3/h。冷却塔初始体积约为860kW，是目前风冷式标准热管散热器约1032kW 的1.2倍。原冷却塔总油流量约100m3/h，运行时温差约4.6K。风冷路面总油流量约为49m3/h，运行时温差约为26.8K。现有方法散热能力远高于原冷却塔，温差大，可以充分达到流量和压力，液压油可以得到有效的循环系统软件，可以得到设计效果增加。随着热管散热器总数的增加，相应的植物油也随之增加，油箱柜也需要相应的升级。在变压器正常运行时，根据油的总输出量和相应的总扬程检查油是否膨胀。

3.2 冷却器改造后运行方式选定

在变压器运行的整个过程中，负载的变化会改变离心风机的启停。此次改造的解决方案是将前20台涡轮机分成两组，并在主要可变负载下运行两组离心风机的所有资产。散热的实际效果是为了保护，负载低，运行减少，离心风机减少，减少了离心风机的数量，降低了离心风机的功耗，离心风机的资本结构和运行标准是在两组高温和一组高温下运行。因此，根据运行温度改变资金配置的运行规范，离心风机同时独立运行，离心风机运行，避免所有离心风机同时投资。

表1 左右冷却塔改造前后的技术参数

表2 设置方法

3.3 故障保护信号设置

所有制冷机组均连接两个独立的AC380V 开关电源。一种是工作开关电源，另一种是备用电源。如果开关电源在运行过程中出现问题，系统会自动给嵌入式开关电源。如果使用的是开关电源，则内置开关电源在运行过程中会自动关闭；所有风机电机均配备负载、短路故障、缺相运行维护，确保每台电机安全运行。

不仅可在现场的变压器风控箱内观察到，而且在主控室的计算机监控系统中也能体现出来，及时通知控制负责人。常见的一般故障数据信号电源电路和运行数据信号电源电路分为以下几类：当温度和负载达到目标值时，即K03和K04闭合时，开关电源I 组和II 组消失或所有离心风机的机械输出延迟。K20延时报警0～99分钟（系统恢复到60分钟）；如果在运行过程中备用电源出现问题，将发送一般问题数据信号；如果某组离心风机的配电线路出现问题，会发出一般问题数据信号；如果第一组和第二组离心风机运行，每组数据信号将分别传输。

4 改造效果分析

冷却效果分析。变压器冷却方式转换后，如果运行温度相同且接近负载标准，变压器正常运行时的低位油温将比转换前低9℃左右，油温比改造前低10℃。显然，变压器冷却系统改造后，实际冷却效果会明显提高。

冷却系统运行损耗分析。改造变压器冷却系统后，对潜水泵进行了小型化，采用了优质冷却风扇，重新设计了风扇控制电路。变压器和热保护系统比主体小66.7%。这大大提高并减少了风扇的日常正常运行时间。按全文1.2项的方法（离心风机：11台、功率0.75kW），改造后变压器冷却系统的年运行损耗为0.75×11×200×24×0.5=19800元，这类似于风冷强制油循环系统。相比之下，变压器冷却系统年运行成本超过159012元，年成本可节省约14万元。

运行噪音分析。变压器冷却系统改造后，减少了潜水排污泵，更换了低噪音冷却风扇。这样的低噪音设计方案能够更好地展现电网公司的个性，有效保护运营商和邻居的身心健康。

冷却系统的运行维护分析。变压器冷却系统改造后，拆除并更换了冷却系统的热管冷却、风扇、控制回路等，使变压器系统软件更加智能化。新的冷却系统取消了潜水汽油泵、全自动排油自动继电器和油蒸馏装置，减少了冷却系统的凸起表面，从而将渗水和其他冷却系统问题的可能性降至最低，保持在限制范围内。制冷设计的停电控制示意图降低了变压器意外停电的风险，并影响了该州网络中的大多数无人变电站。

变压器的过负荷能力和运行寿命分析。网络上变压器绕组的网络热点温度应低于额定电压6℃，这减少了对额定电流寿命的损害，并使变压器电缆护套的寿命加倍。升级前后的实时热点温升越高，变压器冷却系统升级后的实时热点温升越高，变压器绕组的平均温升越低。