強制油循環(huán)變壓器冷卻水系統(tǒng)的改造

云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局 陳振江 韋瑞峰 何政宇 龔 晟 朱宇龍

變壓器運行時嚴禁變壓器漏電，否則有爆炸的危險。因此循環(huán)水系統(tǒng)通道的壓力應(yīng)比工作壓力高0.05MPa 左右。即循環(huán)水系統(tǒng)通道內(nèi)的壓力應(yīng)保持在0.05MPa 左右。如果冷卻器泄漏，使變壓器油遠離水，只有油不能進入水中才能避免爆炸。油系統(tǒng)在油泵的幫助下強制循環(huán)，確保蒸汽工作壓力的均勻運動。最初，供水系統(tǒng)將家庭用水直接送入冷卻器，但現(xiàn)在自來水中的大部分壓力都不穩(wěn)定，最高壓力可達0.3MPa，壓差可超過0.2MPa，蒸汽不保證。

1 變壓器冷卻系統(tǒng)改造的必要性

變壓器冷卻系統(tǒng)的更新?lián)Q代勢在必行。1990年代后期交付的所有變壓器冷卻系統(tǒng)都是在1960年代設(shè)計的，其設(shè)計、原材料和制造工藝相對滯后。經(jīng)過10多年的運行部分散熱量已降至設(shè)計值的50%，滲水、滲油更加嚴重，常見問題頻發(fā)。20世紀末至1990年代，采用國外許多先進技術(shù)（風(fēng)冷、片式散熱器、控制箱、油管、蝶閥等）開發(fā)新型冷卻系統(tǒng)。技術(shù)參數(shù)和特性有可能達到今天的國外類似的產(chǎn)品級別[1]。

變壓器的自冷能力增強。由于變壓器強制油循環(huán)系統(tǒng)風(fēng)冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)限制，自冷散熱能力很低（通常小于10%），對配電設(shè)備造成嚴重影響。軋制油、對流換熱、散熱的合理布置，采用新型耐油、低摩擦的散熱器風(fēng)冷系統(tǒng)，提高變壓器的基因處理能力和職業(yè)事故能力。

維修工作量降低。變壓器強制油循環(huán)系統(tǒng)的風(fēng)冷系統(tǒng)需要對軟件系統(tǒng)進行多次人工操作和維護，如關(guān)閉沖洗電源、拆卸離心風(fēng)機、深潛油泵等。使用芯片散熱器可節(jié)省大量工作，潛水泵的重要易碎和有缺陷的零件將從油道中取出，鼓風(fēng)機位于集成IC 熱管散熱器下方，變壓器持續(xù)維護，便于維護；噪音少，滿足環(huán)保要求。在帶有集成IC 熱管散熱器的圓形變壓器布局中，當(dāng)風(fēng)扇單元安裝在下方時，整體變壓器噪聲為70dB、68dB、65dB（離心風(fēng)扇噪聲水平和風(fēng)扇變壓器本身）；降低輔機效率。新的冷卻系統(tǒng)采用28×PC2800-30/460芯片散熱器，爐內(nèi)輔助設(shè)備損耗為14×0.55=7.7kW。原冷卻系統(tǒng)采用6×200kW空冷器，鍋爐輔助設(shè)備損耗為（2×1.5）×6=18kW，改造后鍋爐輔機損失降低71.48%。

2 水冷變壓器冷卻系統(tǒng)原理及優(yōu)缺點分析

水冷式冷卻變壓器冷卻水箱內(nèi)沒有安裝熱管，但在變壓器外部更新了油/水傳熱系統(tǒng)和水/空氣傳熱系統(tǒng)。一般油/水熱交換系統(tǒng)建在主變層地下，水/空氣熱交換系統(tǒng)建在地下。水油熱交換系統(tǒng)包括油泵、油分離器、排油表、水冷卻器等。水冷卻器內(nèi)部為循環(huán)水系統(tǒng)，外部根據(jù)變壓器使油旋轉(zhuǎn)，循環(huán)水系統(tǒng)從油中吸收熱量，對軋制油進行冷卻。變壓器頂部的軋制油由油泵抽出、經(jīng)水冷卻器冷卻，然后從油箱底部流入變壓器對變壓器鐵芯和繞組進行冷卻。水油熱交換系統(tǒng)包括離心水泵、水流量計、離心風(fēng)機、保濕供水設(shè)備。循環(huán)水系統(tǒng)用完變壓器熱油的熱量后溫度升高，循環(huán)水泵對循環(huán)水系統(tǒng)加壓送至地面，離心風(fēng)機冷卻循環(huán)水控制回路[2]。

水的除熱效率高于氣體，與強制油循環(huán)風(fēng)冷相比，同等熱量、原料/電耗、成本低、冰箱數(shù)量、維護量可顯著減少。正確放置風(fēng)扇旁路變壓器，HR無風(fēng)扇噪音，這有助于識別變壓器整個運行過程中的異常噪聲。水對空氣傳熱系統(tǒng)軟件通常處于底部，需要立即進行額外的維護工作，例如日曬或雨淋，但需立即添加汽車的防凍液以進行下一次維護工作，需要補充、保濕和清潔是重中之重。此外，水冷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，離心水泵、油泵長期超負荷運行，存在很多普遍的運行問題。220kV 主變壓器的物理壽命可達40年，我國變壓器的使用壽命約為20年，水冷系統(tǒng)整體運行周期時間短，無法確定變壓器的使用壽命。

3 冷卻系統(tǒng)安全運行分析及風(fēng)險控制措施

3.1 冷卻系統(tǒng)工作模式定期輪換

在油/水熱交換器系統(tǒng)軟件中，跟隨操縱桿選擇油/水和水/空氣熱交換器系統(tǒng)中冷卻器的實際運行情況。當(dāng)工作部件冷卻器達到變壓器的最高溫度時一切正常。在65℃時冷卻器的輔助部分自動啟動，最高溫度返回55℃。如果冷卻器的工作部分出現(xiàn)問題，冷卻器的凹陷部分會自動插入。對于水/空氣熱交換系統(tǒng)軟件：一些正在運行的冷卻器運行正常，當(dāng)循環(huán)水系統(tǒng)溫度達到60℃時，輔助1熱管自動運行散熱恢復(fù)溫度高達50℃。當(dāng)循環(huán)水系統(tǒng)溫度達到70℃時，輔助二次熱管冷卻自動啟動并修復(fù)至60℃。油/水和水/空氣傳熱系統(tǒng)軟件的運行模式應(yīng)每月輪換一次，以保證水冷系統(tǒng)的實際冷卻效果和使用壽命。旋轉(zhuǎn)工作完成后，需要檢查運行中的冷卻器和熱管的冷卻指標是否正常。

3.2 風(fēng)冷全停

用于驅(qū)動油循環(huán)的變壓器繞組的溫度范圍為80～140℃，溫度每升高6℃電纜護套的老化速度增加一倍，電纜護套的壽命縮短，溫度升高時各1/2。當(dāng)變壓器冷卻器完全下降時變壓器的溫度急劇上升，這與主變壓器的負載因數(shù)呈正相關(guān)，負載越重溫升越大。此時如果不能立即停止變壓器，可能會嚴重損壞變壓器的電纜護套。因此變壓器的風(fēng)冷控制回路提高了冷水機組停機維護的完整性，維護了變壓器的電纜護套，延長了其使用壽命。

在水冷變壓器全面運行期間，冷卻系統(tǒng)異常警報通常包括油/水冷開關(guān)電源電路的常見問題、常見的油/水冷卻器故障和水/空冷器開關(guān)電源電路一般故障、離心風(fēng)機開關(guān)電源電路一般故障、離心風(fēng)機一般故障、冷卻器完全停機、水流異常報警、漏油異常報警、低水位報警等數(shù)據(jù)信號，維修公司應(yīng)意識到冷卻器完全關(guān)閉引起的問題，變壓器停運的一個常見問題是提高運行期間完全風(fēng)冷停運的風(fēng)險防范。近年來，電路系統(tǒng)各種軟件問題、冷卻器完全停機、電網(wǎng)大、中、小型變壓器投切等安全生產(chǎn)事故屢見不鮮[3]。

3.3 冷卻系統(tǒng)周期性檢修工作

冷卻系統(tǒng)的正常運行是否是主變可靠運行的重要隱患？為大、中、小型主變壓器分配和維護水冷系統(tǒng)，保證水冷系統(tǒng)各部件工業(yè)設(shè)備的使用壽命。重要項目包括清潔內(nèi)部機械和設(shè)備，采用強制油循環(huán)冷卻和循環(huán)水溶液的變壓器在正常運行過程中，循環(huán)水系統(tǒng)中不得含有對鋼材有害的化學(xué)腐蝕性物質(zhì)，因此須嚴格檢查冷卻水的水質(zhì)。如水冷系統(tǒng)出現(xiàn)問題需準備好進行維修。

3.4 水冷系統(tǒng)排氣工作

在水冷系統(tǒng)正常運行時，須注意保證水-油熱交換器的排氣管工作正常。當(dāng)水蒸氣在循環(huán)水系統(tǒng)中積聚時，水流量計擋板感應(yīng)線圈內(nèi)的水流壓力發(fā)生變化，水流量計指針頻繁振動。因此，水冷系統(tǒng)的排氣管必須按時運行，以防止內(nèi)部大量水蒸氣的積聚。水冷系統(tǒng)排氣管的施工是通過特殊工藝完成的，需要多種管理方法來選擇排氣管循環(huán)系統(tǒng)的正時。對于帶自動放氣閥的水冷式散熱器，建議每6個月檢查一次排氣管內(nèi)的水位線。對于沒有自動放氣閥的水冷式散熱器，建議檢查排氣管中的水位線，管道應(yīng)每月檢查一次。根據(jù)電網(wǎng)水冷冷卻變壓器的實際運行經(jīng)驗，至少需要排空離心水泵、水流量計、水油電源開關(guān)、水維護等兩套冷卻系統(tǒng)。

綜上，大城市電網(wǎng)的可靠運行不僅是配電設(shè)備公司的經(jīng)濟效益，也是配電設(shè)備公司的社會責(zé)任。城市經(jīng)濟的快速發(fā)展和當(dāng)?shù)丨h(huán)境的管理，明確主張重新確認變電站總體規(guī)劃。由于運行中的水冷冷卻變壓器數(shù)量相對有限、運行經(jīng)驗較少，對主變水冷系統(tǒng)進行討論和分析是一項長期而艱巨的任務(wù)。