220kV 強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷電力變壓器冷卻系統(tǒng)改造分析

陳振江　韋瑞峰　何政宇　王昕　楊林清

摘? 要：變壓器作為電力系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，在連接各級電網(wǎng)和向電力系統(tǒng)傳輸電能方面發(fā)揮著重要作用。由于變壓器在日常運(yùn)行中會產(chǎn)生大量熱量，其冷卻系統(tǒng)的可靠運(yùn)行直接關(guān)系到變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。對220kV油循環(huán)風(fēng)冷變壓器在維護(hù)日常運(yùn)行中存在的隱患進(jìn)行了分析，分析對舊式強(qiáng)制油循環(huán)風(fēng)冷變壓器冷卻系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)冷改造的必要性以及保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行的重要性。

關(guān)鍵詞：220kV強(qiáng)迫油循環(huán);風(fēng)冷電力變壓器;冷卻系統(tǒng);分析;探討

引言

目前，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷增大，電網(wǎng)上運(yùn)行的變壓器越來越多，變壓器的技術(shù)水平也在不斷提高。此時(shí)，無人值守變電站的變壓器在線監(jiān)測設(shè)備越來越先進(jìn)，大部分老式強(qiáng)制油冷風(fēng)冷逆變器已經(jīng)出廠20多年了。冷卻系統(tǒng)不僅結(jié)構(gòu)陳舊，而且冷卻效率低、噪音大、運(yùn)行損耗大、維護(hù)繁瑣。尤其是運(yùn)行20多年后，冷卻系統(tǒng)的部件或多或少都存在或大或小的缺陷，對變電站和無人值守電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行是一個(gè)安全隱患，一旦出現(xiàn)問題，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理，將會給設(shè)備造成重大事故[1]。因此，需要對上述型號的老式強(qiáng)制油循環(huán)風(fēng)冷變頻器的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行檢修。檢修不僅可以提高變壓器的冷卻效率和過載能力，還可以降低運(yùn)行損耗和噪聲，對整個(gè)電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有多方面的現(xiàn)實(shí)意義。

1、運(yùn)行中隱患分析

（1）潛油泵運(yùn)行中的隱患分析。大功率風(fēng)冷變壓器潛油泵在變壓器油中高速油循環(huán)運(yùn)行（1000r/min及以上），每臺潛油泵油流量40m3/h，1h更換整臺變壓器絕緣油。其中，軸承磨損、轉(zhuǎn)子與定子的金屬摩擦碰撞、上下端蓋不平衡等，都會使磨損的鐵屑隨變壓器的絕緣油流入變壓器各相繞組。變壓器降低線圈的絕緣導(dǎo)致匝間局部放電或短路，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致變壓器主絕緣失效和損壞，甚至引發(fā)變壓器爆炸事故。

（2）強(qiáng)迫油冷卻散熱器運(yùn)行中的隱患分析。強(qiáng)制油循環(huán)風(fēng)冷變壓器強(qiáng)力油冷散熱器采用直徑φ16mm、壁厚2mm的Q235192鋼管焊接而成，高油散熱器的底部和管子之間的密集處容易積聚灰塵和水分，長期積聚的灰塵和水分會慢慢侵蝕管道底部，嚴(yán)重時(shí)散熱器下部會生銹、爆炸，導(dǎo)致變壓器因油耗低和絕緣性差而發(fā)生短路接地故障，直接影響變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）油流繼電器運(yùn)行中的隱患分析。油流繼電器主要用于監(jiān)測和顯示潛水泵的運(yùn)行狀態(tài)。潛水泵工作時(shí)，油流與油流繼電器的擋板碰撞使擋板打開，油流繼電器的電接點(diǎn)由常開變?yōu)槌ｉ]，信號送至變壓器風(fēng)冷控制箱，油流中繼擋板長期受到潛水泵油流的影響。隨著膜片的老化，膜片逐漸不能承受油流的沖擊，造成膜片碎裂，隨潛油泵的油流進(jìn)入變壓器線圈。降低線圈的絕緣會導(dǎo)致局部放電或短路錯(cuò)誤，嚴(yán)重時(shí)會導(dǎo)致變壓器損壞[2]。

2、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器運(yùn)行維護(hù)分析

強(qiáng)制油循環(huán)風(fēng)冷換能器主要是通過潛水泵從變壓器頂部抽油，再通過連接管將變壓器油送至散熱器進(jìn)行冷卻散熱，冷卻后的變壓器油通過潛油泵和油流繼電器進(jìn)入連接管，返回變壓器本體[3]。在此期間，通過的環(huán)節(jié)越多，維護(hù)的時(shí)間和頻率以及工作量就越多。由于外部環(huán)境和運(yùn)行維護(hù)質(zhì)量的不斷變化，附件的老化或變形必然會影響變壓器的安全可靠運(yùn)行。因此，強(qiáng)制油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的日常維護(hù)保養(yǎng)必然是嚴(yán)苛的，但隨著用電負(fù)荷的不斷增加，在各供電所維護(hù)人員有限的前提下，不可能安排專人每臺強(qiáng)制油循環(huán)風(fēng)冷變壓器負(fù)責(zé)維護(hù)和維修工作，這也給變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了很大的安全隱患。

3、變壓器冷卻重要性

變壓器在運(yùn)行過程中因損耗而發(fā)熱，其溫升直接影響變壓器絕緣材料的使用壽命。大容量變壓器會產(chǎn)生熱量，需要特殊的冷卻裝置來散熱，而強(qiáng)力油循環(huán)空冷器是一種常用的冷卻裝置。油循環(huán)由變壓器油泵驅(qū)動，使油流經(jīng)空冷器散熱，它由機(jī)體、油泵、風(fēng)扇、油流指示器和控制箱組成，分為ODAF（體內(nèi)有指令結(jié)構(gòu)）和OFAF（體內(nèi)無指令結(jié)構(gòu)）。受制于制造業(yè)前期冷卻劑設(shè)計(jì)技術(shù)和生產(chǎn)條件，變壓器強(qiáng)大的油循環(huán)空冷器在現(xiàn)場長期運(yùn)行后容易出現(xiàn)故障，冷卻效果變?nèi)?，影響變壓器的健康運(yùn)行和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。冷卻控制系統(tǒng)對于強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的安全運(yùn)行至關(guān)重要，直接影響變壓器的溫升、負(fù)荷率和使用壽命。當(dāng)冷卻控制系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，會迫使變壓器欠載、停機(jī)，甚至發(fā)生故障。傳統(tǒng)的逆變器冷卻器控制系統(tǒng)由電磁交流接觸器、繼電器、模擬恒溫器和熱繼電器組成，控制原理簡單，功能不全，操作方式不靈活，尤其是電機(jī)保護(hù)配置不完善，元器件易磨損老化，控制電路故障時(shí)有發(fā)生，運(yùn)行不可靠，維修量大，影響變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前，大型電力變壓器冷卻控制系統(tǒng)控制方式單一，冷卻液保護(hù)不完善，系統(tǒng)可靠性差，智能化程度低，執(zhí)行機(jī)構(gòu)觸點(diǎn)多，無法與電力綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，將不同的信號上傳到主監(jiān)控站并不容易。本文研究的新型冷卻液控制系統(tǒng)由基于PLC的制冷系統(tǒng)控制器和固態(tài)交流電源的開關(guān)和保護(hù)部分組成。它們具有以下特點(diǎn)：可編程邏輯控制器也稱為可編程控制器。它是以微處理器為基礎(chǔ)，集計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動控制技術(shù)于一體的通用型工業(yè)自動控制器，具有體積小、功能強(qiáng)大、程序設(shè)計(jì)簡單、維護(hù)靈活通用、方便等優(yōu)點(diǎn)。可編程控制器（PLC）是專為工業(yè)應(yīng)用而設(shè)計(jì)的電子數(shù)字驅(qū)動控制系統(tǒng)，在工業(yè)控制領(lǐng)域有著扎實(shí)的基礎(chǔ)。

5、總結(jié)

綜上所述，一般情況下，強(qiáng)制油循環(huán)風(fēng)冷變壓器在運(yùn)行中存在隱患，大大降低了變壓器的使用壽命，降低了供電質(zhì)量，降低了運(yùn)行的安全可靠性。對風(fēng)冷變壓器冷卻系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)制油循環(huán)改造后，更換了低噪音冷卻風(fēng)扇，減少了潛水泵，不僅簡化了操作維護(hù)，降低了運(yùn)行噪音和平均能耗，還帶來了節(jié)能、環(huán)保、科學(xué)美容等諸多好處。圖1顯示了變壓器冷卻系統(tǒng)改造前后的示意圖。另外，現(xiàn)階段國內(nèi)外變壓器廠家采用的冷卻方式為風(fēng)冷或自冷結(jié)構(gòu)。因此，為保證變壓器及整個(gè)電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，有必要對舊變壓器強(qiáng)大的油循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)進(jìn)行改造。

參考文獻(xiàn)

[1]鄒明浩.220kV強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器冷卻系統(tǒng)風(fēng)冷改造分析[J].通訊世界，2018（2）：196-197.

[2]閃東.220kV強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷變壓器冷卻系統(tǒng)改造[J].數(shù)碼設(shè)計(jì)（下），2020，9（7）：102.

[3]歐陽樹林，楊智強(qiáng).淺談220kV變壓器強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻系統(tǒng)改造[J].通訊世界，2015（19）：105-106，107.