水電站主變冷卻器常見故障成因及處理

李 超，杜 巍

(國家能源集團大渡河檢修安裝有限公司，四川 樂山 614900)

1 概 述

主變冷卻器作為變壓器內(nèi)部鐵芯、線圈散熱的重要設(shè)備，潛油泵將變壓器熱油運送至冷卻器內(nèi)部與冷卻水實現(xiàn)冷熱交換，達到給油溫降溫的作用，實現(xiàn)變壓器運行在正常溫度范圍內(nèi)。

冷卻器作為變壓器熱交換器，有效保障著變壓器的安全運行，在出現(xiàn)故障時如不及時處理，輕則主變降低負荷運行，重則導(dǎo)致主變燒毀停運。強油水冷方式的冷卻器在嚴重時導(dǎo)致冷卻水進入變壓器內(nèi)部，出現(xiàn)油水混合，可能會導(dǎo)致變壓器大修，同時還會產(chǎn)生其他多方面的影響與危害。

1)冷卻器對主變的安全穩(wěn)定運行起著至關(guān)重要的作用，其作為主變運行時的重要保障，在發(fā)生故障時，如不及時退出運行，將會直接引起主變的停運，間接導(dǎo)致機組的非計劃停機，對電網(wǎng)系統(tǒng)供電側(cè)影響巨大，用電企業(yè)也會受到影響[1]。

2)冷卻器一直處理異常狀態(tài)，降低了設(shè)備可靠性，縮短了使用壽命。

3)冷卻器帶“病”運行，對人身及設(shè)備都可能造成危害。

4)冷卻器的不正常運行狀態(tài)，將會造成修理費用攀升。

主變壓器常用的兩種方式油浸風(fēng)冷和強油循環(huán)水冷。本文主要講述強迫油循環(huán)水冷方式冷卻器故障。冷卻器故障主要分為外部故障和內(nèi)部故障。外部故障主要是油或水的滲漏，而內(nèi)部故障主要有油溫升高、異響和滲漏控制器報警。本文重點對主變冷卻器出現(xiàn)滲漏控制器報警，對冷卻器在現(xiàn)場進行檢查，并完成處理恢復(fù)，確保變壓器及時恢復(fù)運行。

2 主變冷卻器故障成因分析

瀑布溝電站冷卻器為雙管束冷卻器，其常見故障分為外部故障和內(nèi)部故障[2]。外部故障有外部油滲漏和外部水滲漏；內(nèi)部故障有油溫升高、異響和滲漏控制器報警。我們將結(jié)合主變冷卻器結(jié)構(gòu)示意圖(見圖1)對其故障及處理進一步的分析介紹。

圖1 主變冷卻器示意圖

2.1 冷卻器外部故障及原因分析

冷卻器外部故障的油管路滲漏和水管路滲漏相對來說對主變壓器的影響較小，處理方式方法也屬于常規(guī)檢修。

1)油管路滲漏。主要指冷卻器油管路法蘭盤連接部位的滲漏和其本體排氣塞的滲漏。其大部分由連接螺栓松動造成，少量因密封損壞出現(xiàn)滲漏。

2)水管路滲漏。主要指冷卻器水管路法蘭盤連接部位的滲漏、其本體回流水端蓋和進出水端蓋的滲漏。其多由連接螺栓松動造成，少量因密封損壞出現(xiàn)滲漏。

2.2 冷卻器內(nèi)部故障及原因分析

冷卻器內(nèi)部故障相對來說因素較為復(fù)雜，處理過程也比較麻煩。

1)油溫升高。主變冷卻器因為某種原因?qū)е吕鋮s器熱量交換效率下降，使得油溫升高[3]。其原因可能閥門、油流、水路等原因引起。

2)異響。大多數(shù)異響存在于水管路，其多因前端濾網(wǎng)損壞，雜質(zhì)進入冷卻器內(nèi)部，貝類、砂石等物質(zhì)伴隨水流的沖擊發(fā)出異響。另外水路進出水端蓋隔水筋密封損壞位移產(chǎn)生水壓差，也會出現(xiàn)異響。

3)滲漏控制器報警。雙管冷卻器對于變壓器和冷卻水都是一種保護。為探測滲漏，冷卻器的滲漏通路和滲漏控制器(一個小收集盒)連在一起。在滲漏控制器內(nèi)部，一個磁性浮標開關(guān)用螺絲。當(dāng)滲漏控制器內(nèi)部的磁性浮標開關(guān)用螺絲接觸有變化，即使出現(xiàn)幾立方厘米的滲漏就會報警。一般油管路不易出現(xiàn)滲漏，水管路卻會因為多種原因?qū)е缕涑霈F(xiàn)滲漏，其主要因為水質(zhì)不凈，貝類、砂石等物質(zhì)長期對銅管壁沖刷，導(dǎo)致銅管壁損傷出現(xiàn)滲漏。當(dāng)然，冷卻器滲漏控制器也可能存在因冷凝水的原因，出現(xiàn)滲漏報警，影響分析判斷，這在后期使用中也出現(xiàn)過。

3 主變冷卻器故障處理方法

3.1 冷卻器外部故障處理方法

冷卻器外部故障油管路滲漏和水管路滲漏在平常運行巡回檢查時，通過觀察即可發(fā)現(xiàn)。一般油管路和水管路在設(shè)備長時間運行后，連接部位螺栓會出現(xiàn)松動現(xiàn)象，或在主變停運后，油溫冷卻后連接部位因熱膨冷縮原因出現(xiàn)滲漏，只要密封材料未老化，通過螺栓的緊固，即可以完成處理[4]。如果油路密封老化，就只能停電后，對其更換密封。而水管路的話，在主變空載情況下，短時間即可完成密封更換。外部故障的處理相對容易得多。

3.2 冷卻器內(nèi)部故障處理方法

冷卻器內(nèi)部故障處理較為麻煩，特別是滲漏控制器出現(xiàn)報警，必須停電后進行處理。

1)油溫升高處理方法：觀察油流水流是否正常，如果油流數(shù)據(jù)異常，先檢查冷卻器油路兩端閥門是否開啟到位，再檢查油泵轉(zhuǎn)向確定其油流是否絮亂，最后確定是否是油側(cè)進行排氣[5]。如果水流數(shù)據(jù)異常，先檢查冷卻器閥門及電動閥是否開啟到位，再打開進出水端蓋是否存在污垢或?qū)λ畟?cè)進行排氣。

2)異響處理方法：經(jīng)長時間的運行，瀑布溝電站主變冷卻器也多次出現(xiàn)異響情況。我們打開下端進出水端蓋，檢查發(fā)現(xiàn)為其中間隔水水筋密封出現(xiàn)損壞或者移位，導(dǎo)致水路異響，對其進行更密封后，異響消失，暫未出現(xiàn)因其他原因產(chǎn)生的異響。

3)滲漏控制器報警處理方法：檢查收集盒液體類型，是油、水或是油水混合。如果是油或油水混合物，需要返廠進行檢測修復(fù)。如果是水，需要排出冷凝水對滲漏控制器干擾出現(xiàn)報警，在排除該因素后，方可在現(xiàn)場開展下一步檢檢測處理工作。現(xiàn)場檢測處理工作主要通過將冷卻器獨立出來的，對其進行氣密性試驗，通過試驗查找其故障位置，對出現(xiàn)滲漏的銅管進行封堵后，再次進行氣密性試驗，即可以完成回裝。

4 案例分析

瀑布溝水電站位于大渡河中游，地處四川省西部漢源和甘洛兩縣交界處，距成都市直線距離約200 km，距重慶市直線距離約360 km，靠近負荷中心。

2016年，投運7年的瀑布溝水電站5號主變壓器1號冷卻器滲漏控制裝置出現(xiàn)報警，檢查其收集盒存在少量滲水，并對其他7臺冷卻器進行了檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)6號和8號也有水跡，但其未出現(xiàn)報警。將1號冷卻器切除運行，6號和8號觀察運行，在檢修期停電時，聯(lián)系廠家對3臺冷卻器現(xiàn)場進行了氣密性試驗，最終確定1號冷卻器水管路存在滲漏現(xiàn)象，對其查找滲漏銅管，進行封堵修復(fù)處理，回裝運行無異常。其他2臺經(jīng)試驗后無異常，判斷為冷凝水，完成回裝，后期運行同樣無異常。

在此，我們以瀑布溝5號主變壓器的1號冷卻器為例，對其現(xiàn)場檢測條件、檢測處理過程、回裝過程進行重點分步介紹。

4.1 冷卻器現(xiàn)場檢測條件

為什么要對冷卻器現(xiàn)場檢測條件進行簡單介紹，因為現(xiàn)場在不拆除冷卻器的情況下，可以對雙管之間的安全通道和水管路進行氣密試驗，但存在很大風(fēng)險。為此，必須將冷卻器與本體系統(tǒng)獨立出來后方可進行檢測。

處理過程：

1)關(guān)閉主變油枕呼吸器閥門，關(guān)閉主變本體及冷卻器系統(tǒng)所有閥門，減少油量流動；

2)打開冷卻器頂部排氣塞進氣，開啟下端排油閥對冷卻器本體進行排油處理；

3)拆除冷卻器本體與各管路之間的連接部分即可將冷卻器獨立出系統(tǒng)，為下面氣密性試驗創(chuàng)造安全可靠的環(huán)境；

4)使用封板將與主變連接的法蘭盤封堵，防止變壓器油流失。

4.2 冷卻器現(xiàn)場檢測

將冷卻器拆除后，即可使用專用工裝對其進行現(xiàn)場檢測，因氣體泄漏比液體泄漏快，利于快速檢測，故試驗時均使用氮氣。按照泄漏連接處氣密性試驗、水路系統(tǒng)氣密性試驗和油路系統(tǒng)氣密性試驗開展檢測工作，并就現(xiàn)場檢測結(jié)果采取相應(yīng)的處理方案。

1)泄漏連接處氣密性試驗。在冷卻器拆下后，使用工裝通過連接泄漏連接處銅管，對冷卻器充0.5 bar(1 bar=0.1 MPa)的氮氣保壓20 min進行氣密性試驗。在檢測過程中，發(fā)現(xiàn)其無法通過氣密性試驗，并結(jié)合收集盒內(nèi)的液體，初步分析為水路管道存在滲漏。

2)水路系統(tǒng)氣密性試驗。接下來，使用工裝連接冷卻器下端進出水端蓋，對水管路系統(tǒng)進行整體性氣體密封。充1 bar的氮氣保壓2 h進行氣密性試驗，結(jié)果確認為水管道系統(tǒng)存在滲漏。拆除冷卻器上端回流水端蓋加裝專用封裝，拆除冷卻器下端進出水端蓋，使用插管式專用工裝充0.58 Bar氣體對其進行逐一排查，幾秒鐘即可完成1根的檢測，最終查找到其中有2根銅管存在滲漏。

使用堵頭將2根銅管的上下管口封堵嚴密后，更換密封后完成回裝。在通過氣密性試驗后，即完成了冷卻器的修復(fù)處理工作(見圖2)。

圖2 主變冷卻器修復(fù)處理圖

3)油路系統(tǒng)氣密性試驗。油管路的氣密性試驗，在使用封板封閉冷卻一側(cè)法蘭，使用工裝連接另一端法蘭，對冷卻器充0.5 bar的氮氣保壓6 h進行氣密性試驗。

冷卻器修復(fù)后測試結(jié)果如表1。

表1 冷卻器檢測結(jié)果

4.3 冷卻器回裝

對冷卻器完成修復(fù)處理后，對其進行回裝，恢復(fù)冷卻器的使用。

1)將冷卻器吊至原來位置后，將冷卻器本體與各管道進行連接。

2)緩慢開啟冷卻器排氣塞。

3)打開變壓器油枕呼吸器閥門。

4)開啟瓦斯繼電器兩端閥門，讓變壓器本體油壓壓向冷卻器系統(tǒng)。

5)開啟冷卻器下端油管路閥門，讓冷卻器本體緩慢充滿變壓器油。

6)瀑布溝主變?yōu)?00 kV，需對主變壓器及冷卻器系統(tǒng)進行靜置排氣72 h[6]，防止因空氣進入變壓器內(nèi)部造成局部放電現(xiàn)象，影響主變安全運行。

5 結(jié) 語

強油水冷卻器故障情況多樣，因素也是多樣的，其故障的關(guān)鍵因素主要還是跟水質(zhì)有關(guān)系，水質(zhì)不凈，其中的貝類、砂石等物質(zhì)長期對銅管壁沖刷，導(dǎo)致銅管壁損傷出現(xiàn)滲漏。通過水質(zhì)的處理及定期排污，可以減少內(nèi)部故障發(fā)生。而本文中，重點對冷卻器內(nèi)部故障檢查及處理進行了詳細介紹。特別注意以下幾個方面的細節(jié)。

1)故障冷卻器必須拆除，與變壓器油路系統(tǒng)進行隔離，防止因操作不當(dāng)，導(dǎo)致變壓器內(nèi)部進入空氣等。

2)注意油路系統(tǒng)檢測和水路系統(tǒng)檢測時的測試壓力，避免出現(xiàn)因壓力過高，導(dǎo)致管壁受損，使得冷卻器報廢。

3)注意油路系統(tǒng)的防護，防止內(nèi)部進入雜質(zhì)，特別是金屬屑。

4)油路系統(tǒng)必須用干燥氮氣或者變壓器油，不得使用水或其他液體替代。