變壓器冷卻方式改造的可行性分析*

柴 冰，魏 韜，史雁坤，彭玉春

（1.周口供電公司，河南 周口 466000;2.華北水利水電學(xué)院，河南鄭州 450011）

強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻方式因冷卻效果好、占地面積小，在2000年以前被大部分變壓器生產(chǎn)廠家采用。但在實(shí)際運(yùn)行中，一方面潛油泵故障、風(fēng)扇電機(jī)故障、冷卻器積污、風(fēng)冷控制電源故障、噪聲大、滲漏油多等缺陷頻繁出現(xiàn)，給設(shè)備維護(hù)單位帶來較大的工作量;另一方面，風(fēng)冷全停跳閘也時(shí)時(shí)威脅著電網(wǎng)安全。2003年以后，自冷/風(fēng)冷方式逐漸被變壓器制造廠家和用戶接受，一些設(shè)備運(yùn)行單位也開始嘗試將強(qiáng)油循環(huán)的主變改造為自冷/風(fēng)冷方式的主變，以此提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

1 變壓器冷卻方式改造研究

一臺(tái)型號(hào)為SFPSZ8－120000/220的主變，1995年生產(chǎn)并投運(yùn)。該主變冷卻系統(tǒng)采用4組YF－315型冷卻器，其中3組工作，1組備用。共有風(fēng)機(jī)12臺(tái)，每臺(tái)2.2kW;潛油泵4臺(tái)，每臺(tái)3kW;每年共需電費(fèi)［(2.2×9+3×3)×24×365］×0.5=126144元。近年來，發(fā)現(xiàn)#2散熱器逆止閥處有異常響聲，潛油泵、油流繼電器、上下集油管及本體多處滲漏油，冷卻器散熱管老化、積污嚴(yán)重，散熱效果差，在2007年負(fù)荷高峰期間，上層油溫超過報(bào)警值。公司決定對(duì)該主變冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改造，改造方案介紹如下。

1.1 小改大，不加裝散熱片，保留潛油泵

將原有單組冷卻容量較小的冷卻器改造為冷卻容量大的冷卻器。如將8或9組冷卻器，改造為4組冷卻器。這種改造方式不改變?cè)羞M(jìn)出油孔大小和位置，改造可以在不吊罩的情況下進(jìn)行，只是將冷卻器進(jìn)行了優(yōu)化，不是實(shí)際意義上的改變冷卻方式。

經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析:改造前后，風(fēng)機(jī)吹風(fēng)量增大、風(fēng)機(jī)和潛油泵數(shù)量較改造前減少，以120MVA主變計(jì)算，較改造前后，每年約節(jié)省電費(fèi)4萬元～6萬元。改造前后圖片如圖1和圖2所示。

1.2 分級(jí)控制，加裝散熱片，保留潛油泵

在主變帶50%及以下負(fù)荷時(shí)，依靠片散自然冷卻，采用自冷方式;主變帶51% ～75%的負(fù)荷時(shí)，風(fēng)扇啟動(dòng)，采用風(fēng)冷方式;主變帶76% ～100%的負(fù)荷時(shí)，潛油泵啟動(dòng)，采用強(qiáng)迫油循環(huán)方式。這種改造方式，需要吊罩，在主變上下節(jié)油箱開孔，但開孔數(shù)量少(一般在高壓中性點(diǎn)附近增加一對(duì)進(jìn)出油孔)。

按照負(fù)荷情況，分級(jí)控制，控制回路較為復(fù)雜，冷卻器牽涉的設(shè)備仍然很多，維護(hù)工作量與改造前比較并沒有明顯變化。風(fēng)冷全停跳閘保護(hù)，按照主變年平均負(fù)荷水平，可以保留也可以取消。

經(jīng)濟(jì)運(yùn)行方面，因采用分級(jí)控制，風(fēng)機(jī)、潛油泵啟動(dòng)較以前大幅減少，改造使用的潛油泵和風(fēng)機(jī)功率較改造前也有所降低，按120MVA主變每年6個(gè)月的時(shí)間自冷，3個(gè)月啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，3個(gè)月風(fēng)機(jī)潛油泵全部啟動(dòng)計(jì)算，每年可以節(jié)約電費(fèi)7.3萬元。

1.3 加裝散熱片，取消潛油泵

在主變帶70%及以下負(fù)荷時(shí)，依靠片散自然冷卻，采用自冷方式;在主變超過70%負(fù)荷時(shí)，風(fēng)扇啟動(dòng)，采用風(fēng)冷方式。這種改造方式，因取消了潛油泵，大量使用片散，維護(hù)工作量大幅降低，控制回路較為簡單。改造需吊罩進(jìn)行，上下節(jié)油箱開孔(考慮中壓和低壓側(cè)的冷卻效果，一般在中壓和低壓側(cè)也新開集油管孔，整臺(tái)主變上下節(jié)油箱共新開8個(gè)孔)。風(fēng)冷全停跳閘保護(hù)因設(shè)計(jì)自冷方式下的負(fù)荷水平大于主變?nèi)昶骄?fù)荷水平，可以取消該保護(hù)，消除了風(fēng)冷全停跳閘的顧慮。

經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析:因主變大部分時(shí)間都采用自冷方式，風(fēng)機(jī)工作時(shí)間占全年運(yùn)行小時(shí)數(shù)比例不大，以120MVA主變每年3個(gè)月時(shí)間啟動(dòng)風(fēng)機(jī)計(jì)算，每年所需電費(fèi)(1.1×18×24×90)×0.5=21384元，較改造前，每年可節(jié)省電費(fèi)10.5萬元。

1.4 徹底改造為自冷方式，只加裝散熱片，取消風(fēng)機(jī)

主變無論帶多大負(fù)荷，都是用片散自然冷卻。這種方式，仍需吊罩進(jìn)行，上下節(jié)油箱開孔。因取消了潛油泵和風(fēng)機(jī)，片散數(shù)量龐大，還需校核主變周圍空間尺寸是否滿足要求。

經(jīng)濟(jì)運(yùn)行分析:因主變采用了自冷方式，沒有冷卻設(shè)備耗電，以120MVA主變計(jì)算，每年可節(jié)約電費(fèi)12.6 萬元。

待改造的主變因原來已經(jīng)是4組散熱器，方案1不可取。綜合考慮設(shè)備可靠性、維護(hù)工作量和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等因素，本次改造決定采用方案3進(jìn)行。經(jīng)過10天的施工，完成了全部改造工程并順利投運(yùn)。共使用36組片散，18臺(tái)風(fēng)機(jī)(每臺(tái)1.1kW)，更換主變端子箱一個(gè)，風(fēng)冷控制柜一個(gè)，儲(chǔ)油柜一個(gè)。

2 變壓器內(nèi)部油道和片散數(shù)量問題

冷卻系統(tǒng)改造最大的顧慮在于改造后的冷卻效果是否可以超過原來冷卻器的冷卻效果。變壓器容量和結(jié)構(gòu)確定后，空載損耗、負(fù)載損耗、繞組熱點(diǎn)溫度、熱點(diǎn)高度也就確定不變了。強(qiáng)油循環(huán)主變?cè)O(shè)計(jì)時(shí)考慮繞組冷卻需要，在繞組下方或兩側(cè)合適位置布置有強(qiáng)油流導(dǎo)向隔板;在繞組和鐵芯上，也都布置有油道，以便運(yùn)行時(shí)帶走足夠的熱量。新生產(chǎn)的風(fēng)冷/自冷主變，僅僅依靠油的溫升使油自然流動(dòng)循環(huán)，油流速度要比強(qiáng)油循環(huán)主變油流速度小許多，為了滿足冷卻需要，變壓器廠家一般采用加寬油道的設(shè)計(jì)。

強(qiáng)油循環(huán)改為風(fēng)冷/自冷方式后，繞組、鐵芯上的油道寬度不變，最大的差別在于油流速變慢，但新增加的4對(duì)直徑150mm的開孔，單位時(shí)間內(nèi)，油循環(huán)總量不但沒有減少，反而會(huì)有所增加。只要開孔位置合理，片散數(shù)量合適，總冷卻容量滿足需要，再加上片散高度提升、補(bǔ)充絕緣油等措施，經(jīng)計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算，是完全能夠滿足主變冷卻需要的。鑒于改變?cè)瓕?dǎo)向油道將增加設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)，因此建議保留原強(qiáng)迫油循環(huán)主變的導(dǎo)向油道，不予變動(dòng)。

改造所需片散的數(shù)量由主變負(fù)載損耗、空載損耗、設(shè)定的油面溫升、負(fù)荷情況、單組片散冷卻容量等參數(shù)綜合確定。

3 改造效果分析

3.1 改造效果

冷卻方式改造為自冷方式后，在帶相同負(fù)荷的情況下，主變油面溫升較改造前下降5K～8K。具體數(shù)據(jù)見表1所示。

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3.2 改造的經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)

在工程施工中，總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，以供大家借鑒:

1)改造可能牽涉多個(gè)施工單位，要提前與各施工單位簽訂安全協(xié)議;全程由專職安全員監(jiān)督施工，保證全過程安全。在設(shè)備吊裝、動(dòng)火開孔等關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)，需嚴(yán)格執(zhí)行特種工作票制度，由具備資質(zhì)的專業(yè)人員專人負(fù)責(zé)。

2)主變冷卻系統(tǒng)改造工程龐大、繁雜。各施工單位之間需要充分的前期溝通和認(rèn)真準(zhǔn)備，特別是補(bǔ)充的變壓器油，主變?nèi)_(tái)密封墊、母線銅排、二次線纜、油漆等備品備件一定要充分、到位;施工方案要翔實(shí)，各施工單位分工要明確，各環(huán)節(jié)工作任務(wù)要細(xì)化到小時(shí)，特別是工程結(jié)合部位，一定要落實(shí)到人;現(xiàn)場設(shè)備、工器具、儲(chǔ)油柜、濾油機(jī)、備件等布置需合理，避免重復(fù)搬運(yùn)。

3)開孔造成的焊渣處理需特別謹(jǐn)慎。制訂嚴(yán)密的防火措施，采用鋼板、布條封堵，面團(tuán)清擦、專人監(jiān)視檢查等多層防護(hù)措施，謹(jǐn)防焊渣遺留在主變內(nèi)部。

4)冷卻系統(tǒng)改造，因冷卻器內(nèi)部容積增加，需補(bǔ)充一定數(shù)量的變壓器油，儲(chǔ)油柜一般需要同步更換。更換后的儲(chǔ)油柜需考慮新增加變壓器油的補(bǔ)償容量;考慮與周邊套管的安全距離。

4 結(jié)語

變壓器強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻方式可以改造為自冷/風(fēng)冷方式。改造后，消除了風(fēng)冷全停跳閘顧慮，主變可靠性明顯提高;冷卻效果較改造前有顯著改善，維護(hù)工作量減少，節(jié)能降損效果顯著，是一種合理、成功的改造。

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