40000KVA/110KV主變壓器冷卻方式實(shí)現(xiàn)節(jié)能降噪的可行性探討

摘 要：根據(jù)我林業(yè)局一臺(tái)老變壓器存在維護(hù)費(fèi)用高、潛油泵滲漏問(wèn)題，提出由強(qiáng)油風(fēng)冷改為油浸風(fēng)冷理論計(jì)算，以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保目的。

關(guān)鍵詞：節(jié)能；降噪；提質(zhì)增效

該變壓器由我局修造廠以一臺(tái)SFPL-60000/154主變先改造為SFPS-40000/110/38.5/11型主變，后進(jìn)一步改造為SFPSZ7-40000/121/38.5/11型有載調(diào)壓節(jié)能型主變。冷卻系統(tǒng)一直保留了原主變YF-120/3250型強(qiáng)油風(fēng)冷卻器6臺(tái)。由于該冷卻器運(yùn)行已達(dá)30年之久，已出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，尤其潛油泵滲漏嚴(yán)重，需要更換新冷卻器。而且該型冷卻器每組配有0.4KW風(fēng)扇4臺(tái)。3.0KW潛油泵1臺(tái)，長(zhǎng)年運(yùn)行每年耗電高達(dá)13.8萬(wàn)千瓦時(shí)，折合人民幣6.9萬(wàn)元，不僅運(yùn)行維護(hù)費(fèi)高得驚人，還由于是最老型的冷卻裝置，其噪聲按新的標(biāo)準(zhǔn)要求也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超標(biāo)，結(jié)合此次更換冷卻器工程，提出可否更換成低噪聲風(fēng)冷式冷卻裝置，以達(dá)到節(jié)能環(huán)保新型運(yùn)行條件。通過(guò)搜集此臺(tái)變壓器的歷史檔案資料，并做了詳細(xì)測(cè)算論證，證明可以改為風(fēng)冷式冷卻裝置，以達(dá)到節(jié)能降噪聲目的。

1 變壓器技術(shù)參數(shù)

型號(hào)：SFPSZ7-40000/121/38.5/11；

額定電壓：121×+2-4×1.25%/38.5/11KV；

額定電流：190.9/600/2099.5A；

聯(lián)結(jié)組別：YN， yn0，d11；

空載損耗（實(shí)測(cè)）：51.06kw；

空載電流（實(shí)測(cè)）：0.5%；

負(fù)載損耗（實(shí)測(cè)）：P12=179.45kw，P13=226.75kw，P23=151.68kw；

阻抗電壓（實(shí)測(cè)）：UK12=10.25%，UK13=17.86%，UK23=6.22%；

冷卻方式：強(qiáng)油風(fēng)冷，冷卻器型號(hào)YF-120/3250×6。

2 改為可拆片式風(fēng)冷散熱器后的各部件溫升計(jì)算

高壓線圈對(duì)油的平均溫升（最小分接時(shí)）

最小分接時(shí)的電流 I=In×■=200.9

電流密度Δ=2.587

線餅的遮蓋系數(shù)K4=1-■=0.725

線餅的周長(zhǎng)l=2（na1+b1）=198.7

線圈表面的單位熱負(fù)荷q=■×（1+■）=757.5w/m2

對(duì)銅導(dǎo)線K1=22.1，取K2=1

高壓線圈表面對(duì)油的平均溫升τ1=τ1′+Δτ1+Δτ2

風(fēng)冷式變壓器內(nèi)外線圈τ1′=0.159q0.7=16.48K

其中絕緣修正值Δτ1=Kq，高壓線圈δ=1.35，K的取值見(jiàn)表1

表1 K和δ的關(guān)系值

Δτ1=Kq=2.24K

線段油道寬度的溫升校正值Δτ2=■， dθ為校正溫度，與油道寬度及線段的輻向尺寸有關(guān)，當(dāng)油道寬度=5mm，線段輻向尺寸=89mm時(shí)，dθ=3.5，此時(shí)Δτ2=■=1.71K，

τ1=τ1′+Δτ1+Δτ2=20.43K（<25K）

中壓線圈表面對(duì)油的平均溫升經(jīng)計(jì)算τ1=23.33K（<25K）

低壓線圈表面對(duì)油的平均溫升經(jīng)計(jì)算τ1=21.25K（<25K）

油對(duì)空氣的平均溫升及油頂層溫升

負(fù)載損耗額定分接高低運(yùn)行時(shí)Pk75=226.75kw，高壓額定分接75℃直流電阻為0.6798Ω，最小分接直流電阻為0.6451Ω

最小分接運(yùn)行時(shí)增加損耗為3792w ，相應(yīng)附加損耗為632w，最小分接Pk75=231.174kw

空載損耗P0=51.06 kw

85℃總損耗P總=289632w

選用PC-3150×28/480型散熱器6組，每組散熱器中心距3250 mm， 片寬480mm， 每組28片，每組有效風(fēng)冷散熱面積54.3m2，油箱散熱面積≈38.7m2 ， 總的散熱面積P總=364.5m2

單位熱負(fù)荷 qT=794.6w/m2

油對(duì)空氣的平均溫升？子y=0.191 qT0.8-7=32.9℃

油頂層溫升？子ym=1.2？子y+6=45.48℃（<55K）

（2）鐵芯溫升計(jì)算

① 鐵芯內(nèi)部對(duì)油溫差計(jì)算

？子n=28PtKp0■10-4=6.46K（<10k）

②鐵芯表面對(duì)油的溫升

鐵芯表面單位面積重量計(jì)算GA=■k0，其中m與b的關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 m與b的關(guān)系值

GA=619.6

溫升？子c=0.35（PtKp0GA）0.6=21K（<35k）

③鐵芯內(nèi)部對(duì)油的最大溫升

？子0=？子n+？子c=27.46K（<45k）

④鐵芯溫升計(jì)算

Q0=？子ym+？子0=72.94K（<85k）

2 線圈對(duì)環(huán)境平均溫升

高壓線圈：？子1=53.3K（<65K）

中壓線圈：？子2=56.23K（<65K）

低壓線圈：？子3=54.15K（<65K）

3 改為油漬自冷式最大運(yùn)行容量可達(dá)到額定容量的75%

經(jīng)上述方法計(jì)算驗(yàn)證如下：

（1）高壓線圈對(duì)油的平均溫升（最小分接時(shí)）τ1=16.9K（<25K）

（2）中壓線圈表面對(duì)油的平均溫升τ1=20.72K（<25K）

（3）低壓線圈表面對(duì)油的平均溫升τ1=19.1K（<25K）

（4）油對(duì)空氣的平均溫升？子y=42.17℃

油頂層溫升？子ym=56.6℃（>55k）

（5）鐵芯溫升Q0=84.06K（>85k）

（6）線圈對(duì)環(huán)境平均溫升

高壓線圈：τ1=59.07K（<65K）

中壓線圈：τ2=62.89K（<65K）

低壓線圈：τ3=61.27K（<65K）

計(jì)算表明在高壓線圈最小分接運(yùn)行，高中或高低運(yùn)行負(fù)荷達(dá)到75%額定負(fù)荷時(shí)，中、低壓線圈溫升將達(dá)到65K左右，在此條件下如長(zhǎng)期運(yùn)行，有可能縮短變壓器壽命；根據(jù)GB1094-1996之4.2條規(guī)定：“油不與大氣直接接觸的變壓器油的頂層溫升限值為60K”，但考慮到牡丹江地區(qū)年平均氣溫在0--3℃，它遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)標(biāo)規(guī)定年20℃氣溫，實(shí)際壽命將大大延長(zhǎng)，即使出現(xiàn)一段時(shí)間超限值運(yùn)行，也不影響變壓器正常使用壽命。

4 經(jīng)濟(jì)分析

4.1 改造總費(fèi)用

（1）散熱器價(jià)格：63000元

（2）配低噪聲風(fēng)機(jī)：CFZ-6.3Q型（0.75KW）6臺(tái)，價(jià)格14400元

（3）散熱器用油：8592元

（4）共計(jì)原材料費(fèi)用：85992元

（5）局部油箱改造費(fèi)用：15000元

（6）總費(fèi)用：100992元

4.2 改造后節(jié)省費(fèi)用

（1）原冷卻器正常運(yùn)行5組

風(fēng)機(jī)容量8KW

潛油泵容量15KW

（2）年運(yùn)行費(fèi)用

冷卻裝置按年運(yùn)行6000小時(shí)計(jì)算，

年耗電138000kwh

折合人民幣=69000元

（3）改為PC-3250-28/480片式散熱器6組

風(fēng)機(jī)容量4.5KW

年耗電27000kwh

折合人民幣13500元

（4）節(jié)約效果：

年節(jié)省人民幣55500元，只需兩年即可收回改造資金。

5 結(jié)論

（1）將變壓器強(qiáng)油風(fēng)冷改為片式散熱器，油箱做局部改造后即可實(shí)現(xiàn)。

（2）改造后，風(fēng)冷條件下各部件溫升均符合GB1094-1996技術(shù)條件。

（3）當(dāng)負(fù)荷不超過(guò)額定負(fù)荷75%時(shí)，可停用風(fēng)扇，呈油浸自冷方式運(yùn)行，考慮到牡丹江地區(qū)年平均氣溫低的因素，并不影響變壓器正常運(yùn)行壽命。

（4）改造后杜絕了油泵滲漏問(wèn)題，降低了變壓器噪聲水平，滿(mǎn)足節(jié)能環(huán)保要求，只需兩年即可收回改造資金。

參考文獻(xiàn)

[1]齊益強(qiáng)， 田芳.節(jié)能競(jìng)技賽車(chē)車(chē)身造型的CFD研究[J].森林工程，2012，28（5）

[2]尚羽，董景峰，王立海. 基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的物流園區(qū)節(jié)能系統(tǒng)仿真研究[J]. 森林工程. 2012（03）