220kV主變冷卻系統(tǒng)改進(jìn)

陳卓

摘 要：望亭電廠1號(hào)主變位于燃?xì)鈾C(jī)組，其高壓側(cè)與220kV開(kāi)關(guān)相連，低壓側(cè)連接高廠變與發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)。燃機(jī)的并網(wǎng)與解列通過(guò)發(fā)電機(jī)出口開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)。機(jī)組解列后主變承擔(dān)少量廠用電負(fù)載。燃機(jī)并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，主變負(fù)載高，主變冷卻器根據(jù)負(fù)荷電流，運(yùn)行4組；機(jī)組解列后，主變負(fù)載小，溫升低，冷卻器運(yùn)行3組，此時(shí)主變上層油溫溫升低，實(shí)際不需要冷卻器3組運(yùn)行。燃?xì)廨啓C(jī)為調(diào)峰運(yùn)行，單臺(tái)機(jī)組年停用時(shí)間約5000小時(shí)，燃機(jī)的運(yùn)行特性為主變冷卻系統(tǒng)節(jié)能的改進(jìn)提供了空間。

關(guān)鍵詞：冷卻系統(tǒng)；邏輯；改進(jìn)分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TM416 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）12-0201-01

1 1號(hào)機(jī)組變壓器及其冷卻系統(tǒng)運(yùn)行概況

主變由東芝變壓器制造，型號(hào)SFP-480000/220，額定電流1174/14586A，空載損耗211.5kW，負(fù)載損耗868.8kW，冷卻方式為強(qiáng)油風(fēng)冷。主變共裝設(shè)有5組冷卻器，每組冷卻器冷卻容量為250kW。每組冷卻器有2臺(tái)冷卻風(fēng)機(jī)，額定功率2.2kW，額定風(fēng)量9.8m3/s，1臺(tái)潛油泵，額定功率2.2kW，額定流量1600L/min。正常運(yùn)行時(shí)冷卻器工作位置為3組“工作”位置，1組“備用”位置，1組“輔助”位置。

冷卻器控制邏輯：（1）主變冷卻裝置控制方式放“工作”位置，當(dāng)主變220kV開(kāi)關(guān)合閘時(shí)，冷卻器自動(dòng)投入，主變220kV開(kāi)關(guān)分閘后，冷卻器自動(dòng)停用。（2）當(dāng)主變負(fù)荷電流大于70%額定電流或上層油溫大于65℃，主變輔助冷卻器啟動(dòng)；當(dāng)上層油溫小于55℃，主變輔助冷卻器停用。（3）當(dāng)運(yùn)行中的工作、輔助冷卻器發(fā)生故障時(shí)，備用冷卻器啟動(dòng)。

2 冷卻系統(tǒng)改進(jìn)的可行性

2.1 冷卻系統(tǒng)改進(jìn)后應(yīng)達(dá)到的要求

1號(hào)主變上層油溫溫升規(guī)定不大于55K，上層油溫不高于95℃。實(shí)際機(jī)組并網(wǎng)主變帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，溫升一般小于40K，油溫不超過(guò)70℃；而在機(jī)組解列后，主變少量廠用電負(fù)荷，上層油溫溫升在15K以?xún)?nèi)。

主變損耗P包括空載損耗Po與負(fù)載損耗Pg，機(jī)組停用后，僅少量輔助設(shè)備運(yùn)行，主變負(fù)載極低，低壓側(cè)電流一般在50A左右，額定電流為14586A，復(fù)雜損耗Pg與電流的平方成正比，所以負(fù)載損耗Pg可以忽略不計(jì)。主變損耗P基本為空載損耗Po。

2.2 減少冷卻器組數(shù)后上層油溫溫升的理論計(jì)算

1號(hào)主變空載損耗Po=216.8kW，單組冷卻器額定冷卻容量為250kW，實(shí)際3臺(tái)冷卻器的了冷卻量遠(yuǎn)大于空載損耗。

實(shí)但際冷卻器因運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，冷卻器臟污，實(shí)際冷卻效果降低，為計(jì)算冷卻器最少可行數(shù)量，采集了主變?cè)诓煌h(huán)境溫度下的上層油溫。如表1所示。

穩(wěn)態(tài)傳熱Q=H*A*ΔT

Q為單位時(shí)間內(nèi)面積A上的傳熱熱量，單位W，；H稱(chēng)為表面對(duì)流傳熱系數(shù)，單位W/（m^2.K）；A為壁面面積，單位m^2；ΔT分別為固體表面和流體的溫度差，單位K。

其中每組冷卻器熱交換面積相同，A為定制，可假設(shè)為1。換熱系數(shù)隨工質(zhì)流速、流量、溫差等參數(shù)變化，冷卻器內(nèi)潛油泵油流量變化會(huì)引起系數(shù)變化。

H=Q/ΔT=冷卻器承擔(dān)的冷卻量/油溫溫升/冷卻器組數(shù)

根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算：

上層油溫溫升最大時(shí)，對(duì)應(yīng)H1=216.8kW/3/13.18K=5.48kW/K

上層油溫溫升最小時(shí)，對(duì)應(yīng)H2=216.8kW/3/10.92K=6.62kW/K

從表中可觀察環(huán)境環(huán)境溫度較高時(shí)，對(duì)應(yīng)上層油溫溫升較小。分析原因，由于油粘度較低，流速高，換熱效果較好，所以上層油溫溫升偏低。

假設(shè)投用2組冷卻，以不同系數(shù)計(jì)算上層油溫溫升：

ΔT1=216.8/2/5.48=19.78K

ΔT2=216.8/2/6.62=16.37K

假設(shè)投用1組冷卻，計(jì)算上層油溫溫升：

ΔT1=216.8/5.48=39.56K

ΔT2=216.8/6.62=32.74K

計(jì)算上層油溫溫升均在正常范圍內(nèi)。

3 實(shí)際減少冷卻器的運(yùn)行情況及分析

試驗(yàn)待機(jī)組停用后，上層油溫下降穩(wěn)定以后進(jìn)行試驗(yàn)；分別記錄2組冷卻器運(yùn)行和1組冷卻器運(yùn)行的數(shù)據(jù)。

部分試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如下圖1所示。

4 冷卻器改進(jìn)的分析及效益

試驗(yàn)情況表明機(jī)組停用后1組冷卻器運(yùn)行均可以滿(mǎn)足主變冷卻需要，溫升在30K作右。

實(shí)際試驗(yàn)記錄的上層油溫溫升要低于計(jì)算值，分析三種可能原因，停用的冷卻器有自然對(duì)流，有一定散熱效果；當(dāng)使用一組冷卻器時(shí)，油溫較投用3組冷卻器要高，油粘度減少，散熱效果提升。當(dāng)使用一組冷卻器時(shí)，油溫較投用3組冷卻器要高，油溫與空氣溫度溫差大，原計(jì)算的換熱系數(shù)為穩(wěn)態(tài)情況下數(shù)值，現(xiàn)油管壁溫差提高后，換熱系數(shù)也隨之提高。

為保證機(jī)組主變油溫在正常運(yùn)行范圍內(nèi)措施：

（1）7、8月份月平均環(huán)境溫度最高接近40度，溫升可超過(guò)65℃，為避免輔助冷卻風(fēng)扇頻繁啟停，投用2組冷卻器在運(yùn)行位置，2組輔助，1組備用。

（2）在其他月份或環(huán)境溫度低于35℃，投用1組冷卻器在運(yùn)行位置，3組輔助，1組備用，可滿(mǎn)足運(yùn)行需要。

（3）修改依據(jù)主變負(fù)荷電流啟動(dòng)輔助冷卻風(fēng)扇條件，將負(fù)荷電流大于額度電流70%修改至5%，確保機(jī)組在并網(wǎng)后有4組風(fēng)扇運(yùn)行，避免過(guò)晚啟動(dòng)冷卻風(fēng)扇。

根據(jù)1號(hào)機(jī)5年來(lái)7、8月份平均停用498h，其他月份總計(jì)4857h，按下網(wǎng)電價(jià)0.5968計(jì)算，全年可節(jié)約電量6.74萬(wàn)千瓦時(shí)，單臺(tái)機(jī)組可節(jié)省4.022萬(wàn)元。具有良好效益。