1180MVA三相一體變壓器冷卻器在線沖洗研究

劉秀明

摘 要：主變壓器是發(fā)電廠電能送出的關(guān)鍵設(shè)備，冷卻系統(tǒng)是變壓器的重要輔助設(shè)備，其運(yùn)行工況直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)組的送出能力和變壓器的絕緣壽命。1 180 MVA現(xiàn)場組裝三相一體變壓器，結(jié)構(gòu)較為特殊，冷卻器的冷卻能力與其設(shè)計(jì)冷卻容量有關(guān)，更容易受到冷卻器翅片臟污的影響。通過對大型變壓器冷卻器帶電水沖洗可行性進(jìn)行論證，對沖洗工藝進(jìn)行優(yōu)化，可以有效改善冷卻器的散熱效果，值得有關(guān)單位借鑒。

關(guān)鍵詞：冷卻器;在線沖洗;三相一體變壓器;現(xiàn)場組裝

中圖分類號：TM40文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號：1003-5168（2020）05-0076-03

Abstract： The main transformer is the key equipment of the power plant， and the cooling system is the important auxiliary equipment of the transformer， its operation condition is directly related to the transmission capacity of the generator set and the insulation life of the transformer. 1 180 MVA on-site assembly three-phase integrated transformer has a special structure， the cooling capability of the cooler is related to its designed cooling capacity， which is more easily affected by the dirty of the cooler fins. Through the demonstration of the feasibility of live washing large-scale transformer coolers with charged water， the optimization of washing process can effectively improve the cooling effect of coolers， which is worthy of reference for relevant units.

Keywords： cooler;online water wash;three-phase integrated transformer;on-site assembly

油浸式變壓器的常見散熱方式一般有自冷、風(fēng)冷、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷、強(qiáng)迫油循環(huán)水冷等。大型發(fā)電廠的主變壓器冷卻器一般選用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷器方式。某電廠1 000MW機(jī)組#5主變選用特變電工衡陽變壓器有限公司生產(chǎn)的SFP-JT-1180000/500型三相一體油浸式風(fēng)冷變壓器，變壓器額定容量為1 180 MVA，變壓器負(fù)載損耗為2 225 kW，空載損耗為370 kW。變壓器冷卻器由8組基伊埃熱交換器（中國）有限公司生產(chǎn)的冷卻容量為500 kW的480/62/3/1-FE33型散熱器組成。設(shè)計(jì)工況下，環(huán)境溫度低于40℃時(shí)，7組冷卻器運(yùn)行能保證變壓器滿負(fù)荷工況下頂層油溫不超過80 ℃[1]。

該變壓器冷卻器設(shè)計(jì)裕量較大，2016年12月底投運(yùn)后，變壓器頂層油溫一直保持在70 ℃以下，入夏以后，隨著環(huán)境溫度的上升，變壓器頂層油溫快速上升，機(jī)組接近滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，環(huán)境溫度保持在35 ℃左右，頂層油溫由65 ℃逐漸升高至75 ℃，并有進(jìn)一步加速上升的趨勢。

1 帶電沖洗必要性與方案對比

1.1 變壓器溫度升高原因分析

引起變壓器溫度升高的因素一般為：顯示儀表損壞;冷卻器內(nèi)空氣未排凈;變壓器冷卻風(fēng)機(jī)故障;變壓器潛油泵故障;變壓器冷卻器進(jìn)出口閥門關(guān)閉;變壓器冷卻器本體空氣側(cè)有臟污堆積。

從變壓器紅外成像儀對比測量結(jié)果和投運(yùn)后的運(yùn)行情況運(yùn)行分析，可以排除顯示儀表和變壓器冷卻器內(nèi)積存空氣的因素。對變壓器冷卻器冷卻風(fēng)機(jī)、潛油泵及閥門開啟狀態(tài)進(jìn)行檢查，均不存在故障或缺陷。受春末空氣中飄浮的楊棉影響，變壓器冷卻器本體翅片處粘有大量積灰、污垢和動(dòng)物羽毛[2]。

因此，變壓器冷卻器冷卻管間風(fēng)道被雜物和污穢堵塞，冷卻器換熱量減小，冷卻翅片上附著的灰塵增加了翅片的熱阻，致使變壓器冷卻器散熱效果不良，加之夏季環(huán)境溫度高，造成變壓器油溫快速上升。

1.2 變壓器冷卻器帶電沖洗的必要性

變壓器表面附著污垢，造成變壓器頂層油溫快速上升，強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器運(yùn)行中，頂層油溫一般不宜長期超過75 ℃，如果超過85 ℃運(yùn)行，將會(huì)導(dǎo)致變壓器絕緣老化加速，使用壽命大幅縮短[3]。另外，冷卻器表面集聚的粉塵中含有大量的金屬物質(zhì)，對翅片產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，長時(shí)間會(huì)造成冷卻器隔板穿孔，導(dǎo)致冷卻器泄漏。因此，不論是從確保變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行能力還是從保證變壓器長期安全運(yùn)行的角度出發(fā)，進(jìn)行變壓器冷卻器帶電沖洗勢在必行。

1.3 變壓器冷卻器帶電沖洗方案對比

目前，變壓器冷卻器帶電沖洗的方案主要有兩種：壓縮空氣吹掃和高壓水沖洗。兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。

1.3.1 壓縮空氣吹掃。壓縮空氣吹掃時(shí)，首先用毛刷、雞毛撣子等工具清理變壓器冷卻器翅片表面的楊棉、柳絮、動(dòng)物羽毛等雜物。然后用0.6 MPa左右壓力的壓縮空氣對變壓器冷卻器風(fēng)道進(jìn)行逐列來回吹掃。吹掃時(shí)，壓縮空氣出口噴嘴距冷卻器翅片的距離以10～15 cm為宜，并保證噴嘴與冷卻器翅片表面垂直，防止吹掃過程中翅片扭曲變形。當(dāng)冷卻器進(jìn)風(fēng)口翅片表面沒有污物，冷卻器出風(fēng)口空氣不再揚(yáng)塵時(shí)，即可認(rèn)為吹掃干凈。

采用壓縮空氣吹掃，使用方法簡單方便，不需要采用特殊設(shè)備，與帶電部分的安全距離易于控制，但也有以下幾個(gè)方面的不足。

1.3.1.1 污染周圍環(huán)境。壓縮空氣吹氣冷卻器表面的細(xì)小灰塵，迅速向周圍擴(kuò)散，污染了空氣，影響作業(yè)人員的身心健康，同時(shí)對周圍的冷卻器等設(shè)備造成二次污染。

1.3.1.2 沖洗效果有限。翅片之間距離較窄，雖然使用了較高壓力的壓縮空氣，但進(jìn)入內(nèi)部的氣流相當(dāng)有限。壓縮空氣主要用于吹走翅片表面的浮灰，不能徹底清除沉積在翅片表面的污垢及腐蝕物。真正影響翅片熱阻的臟污并沒有完全清走，只能使變壓器頂層油溫小幅下降，清理后運(yùn)行不長時(shí)間就需要重新進(jìn)行清洗。

1.3.1.3 翅片變形和損傷。為了盡量多吹出灰塵，提高沖洗效果，一般使用0.6 MPa左右的壓縮空氣進(jìn)行吹掃。在壓縮空氣噴嘴移動(dòng)過程中，壓縮空氣產(chǎn)生的沖擊力極易造成翅片變形和傾倒，翅片出現(xiàn)超過4%的變形和傾倒，將對冷卻器的冷卻能力造成很大影響，必須采取整形措施，無形中增加了維修成本。翅片整形工作作業(yè)量大，效率低，整形后也無法恢復(fù)原狀，對翅片造成了永久性損傷[4]。

1.3.2 高壓水沖洗。高壓水沖洗的方法是，用壓力泵或高壓水槍將清水噴射至冷卻器翅片表面，利用高壓水流的作用，將冷卻器翅片上的污垢清洗干凈?；痣姀S一般可采用消防水進(jìn)行沖洗，消防水出口壓力一般在0.5～0.8 MPa。有條件的可以采用高壓清洗機(jī)進(jìn)行沖洗，水壓越高，冷卻器的沖洗效果越好，但水壓過高，將會(huì)造成冷卻器翅片變形，一般將水壓控制在2 MPa以內(nèi)。當(dāng)沖洗出來的水清澈無雜質(zhì)時(shí)，即可判斷清洗干凈。

采用高壓水沖洗冷卻器，是目前冷卻器清洗的主流方案。該方法與壓縮空氣法相比，可以更好地清除冷卻器表面的附著物，同時(shí)不會(huì)對周圍空氣造成污染，但該方法也存在一些不足。

1.3.2.1 安全距離受限。因高壓水沖洗選用水質(zhì)一般為地表水或者消防水，沖洗水電導(dǎo)率偏高，同時(shí)主變高壓側(cè)冷卻器沖洗過程中，高壓噴頭距高壓帶電部分距離較近，稍有不慎，將使高壓沖洗水噴向主變高壓側(cè)套管或接頭，嚴(yán)重威脅工作人員的人身安全[5]。

1.3.2.2 沖洗后部分電氣設(shè)備絕緣低。對于冷卻器潛油泵、冷卻風(fēng)機(jī)、冷卻器轉(zhuǎn)接端子箱等部位，沖洗過程中，水流容易進(jìn)入接線盒內(nèi)部，造成絕緣大幅下降，甚至引起接地短路故障。因此，沖洗前必須用塑料布等材料采取防護(hù)措施[6]。

1.3.2.3 水流污染。高壓水沖洗過程中，水流與冷卻器撞擊后，會(huì)向四周濺開，造成污水沿地面橫流，污染作業(yè)場地。

1.3.2.4 翅片變形和損傷。高壓水沖洗的壓力一般較壓縮空氣高，更容易造成翅片變形和傾倒，形成永久性損傷。

2 帶電沖洗方案實(shí)施

2.1 帶電沖洗方案的選擇

#5主變冷卻器采用側(cè)面布置方式，主變高壓側(cè)套管距變壓器底座高度11.649 m，冷卻器最高點(diǎn)為冷卻器進(jìn)油管，距變壓器底座高度6.488 m，主變高壓側(cè)帶電部分與冷卻器的最高點(diǎn)距離為5.161 m，而在豎直方向上的高度差已經(jīng)滿足500 kV作業(yè)安全距離大于5 m的要求。因此，#5主變冷卻器帶電沖洗方案選用清洗效果更好的帶電水沖洗方法。

2.2 安全措施保證

制定冷卻器沖洗三措兩案，并經(jīng)過審批。沖洗前，向沖洗作業(yè)人員交代變壓器帶電部位及控制措施，沖洗冷卻器上層翅片時(shí)，作業(yè)人員配備個(gè)人保安線，防止感應(yīng)電傷人。

因變壓器冷卻器冷卻效果差，冷卻器進(jìn)回油管路中油溫較高，甚至超過60 ℃，應(yīng)在開工前測量冷卻進(jìn)回油管路器各部位溫度并做好標(biāo)記，防止人員直接接觸而燙傷。沖洗期間，對需要人員必須短時(shí)間站立或接觸的高溫部位，采取加墊隔熱材料等措施，保證沖洗人員作業(yè)安全。

冷卻器上層高度接近5 m，高空作業(yè)時(shí)，作業(yè)人員系好安全帶。上下時(shí)使用絕緣梯，檢查梯子防滑座良好，做好防滑跌措施。由于水沖洗時(shí)相鄰冷卻風(fēng)扇、潛油泵電機(jī)不停電，處于運(yùn)行狀態(tài)，開工前確認(rèn)冷卻器雙重編號，防止走錯(cuò)間隔造成設(shè)備誤動(dòng)。沖洗過程中設(shè)專人監(jiān)護(hù)，重點(diǎn)監(jiān)護(hù)作業(yè)人員操作的高壓水槍的噴頭應(yīng)向下或平直水噴出。水沖洗過程中，與運(yùn)行人員保持聯(lián)系，加強(qiáng)監(jiān)盤，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)通知值長。如果發(fā)現(xiàn)變壓器頂層油溫超過85 ℃，就要進(jìn)行降負(fù)荷處理[7]。

2.3 技術(shù)措施控制

開工前檢查確認(rèn)冷卻器各部位有無滲漏點(diǎn)。如發(fā)現(xiàn)有滲漏點(diǎn)，應(yīng)先消除滲漏點(diǎn)，防止高壓水滲入變壓器油管道。采用分組沖洗的方式，每次利用后夜或清晨變壓器低負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)機(jī)，沖洗一到兩組冷卻器，既保證變壓器按計(jì)劃出力帶負(fù)荷運(yùn)行，又能實(shí)現(xiàn)對冷卻器的清洗工作順利開展。

停運(yùn)計(jì)劃沖洗冷卻器電源，測量冷卻器冷卻風(fēng)扇電機(jī)、潛油泵電機(jī)絕緣，并做好記錄，便于沖洗后進(jìn)行對比。沖洗前將冷卻風(fēng)扇電機(jī)、潛油泵電機(jī)、油流繼電器、冷卻器接線端子箱等部位螺絲壓緊，并采用塑料布將上述部位包好，防止進(jìn)水受潮。要及時(shí)清除冷卻器表面吸附的塑料袋、樹葉等明顯雜物。

先用低壓水混合空調(diào)室外機(jī)專用化學(xué)清洗劑對冷卻器進(jìn)行水浸，將污垢泡散，然后利用高壓水槍進(jìn)行沖洗，高壓水槍噴頭距冷卻器控制在15～25 cm，從左向右、從上向下逐段沖洗，冷卻器水沖洗完成標(biāo)準(zhǔn)為冷卻器翅片流下的水接近清水本色，所有冷卻器散熱片無雜物殘留。沖洗完畢后，測量冷卻器動(dòng)力、控制回路絕緣，絕緣合格且與沖洗前相比沒有明顯下降方可恢復(fù)送電，防止絕緣擊穿損壞。

3 帶電沖洗效果分析

#5主變冷卻器開展帶電水沖洗后，清洗效果非常明顯。沖洗前因翅片基本被雜物堵死，冷卻風(fēng)扇葉片基本保持靜止?fàn)顟B(tài)，冷卻器沖洗完畢后，在前后兩側(cè)空氣對流作用下，冷卻風(fēng)扇葉片能快速轉(zhuǎn)動(dòng)。從定量上比較，變壓器同等環(huán)境溫度和同等出力條件下比較，每沖洗一組冷卻器，變壓器頂層油溫約下降3 ℃。

4 結(jié)論

通過對國內(nèi)首臺(tái)現(xiàn)場組裝1 000 MW機(jī)組三相一體主變冷卻器帶電沖洗可行性分析與實(shí)踐，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，變壓器冷卻器的冷卻效果與自身的設(shè)計(jì)出力及設(shè)計(jì)裕量有關(guān)，也與冷卻器翅片的臟污程度密切相關(guān)。冷卻器帶電水沖洗前后頂層油溫變化，說明1 000 MW機(jī)組主變冷卻器帶電水沖洗在安全和技術(shù)上是可行的，在保證設(shè)備可靠迎峰度夏上，這項(xiàng)工作是必要的，它能在主變不停電的情況下取得冷卻器去污的效果，有效改善主變壓器的運(yùn)行工況，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和安全效益，值得其他同類型大型主變壓器借鑒和推廣。

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