變壓器水噴淋降溫裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

許志坤 張俊康 葉 華 曹志平

變壓器水噴淋降溫裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

許志坤 張俊康 葉 華 曹志平

（國網(wǎng)福建省電力有限公司泉州供電公司，福建 泉州 362000）

本文針對(duì)現(xiàn)有變壓器水噴淋降溫裝置存在的噴淋效果不佳、無法根據(jù)主變負(fù)荷油溫情況自動(dòng)控制、控制滯后等問題，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，提出包含頂部噴頭、側(cè)壁噴頭、環(huán)境噴頭的立體式噴淋降溫方式，設(shè)計(jì)電氣控制回路與水回路分離的就地控制柜，通過手控、自控、遠(yuǎn)控相結(jié)合的控制邏輯實(shí)現(xiàn)裝置的自動(dòng)控制，提升噴淋降溫效果。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，該裝置可實(shí)現(xiàn)6℃以上的智能輔助降溫，減少了人力物力的浪費(fèi)。

水噴淋降溫；立體式噴淋；溫度自控；負(fù)荷

0 引言

油浸自冷式變壓器在工作時(shí)，鐵心和繞組中的能量損耗轉(zhuǎn)化為熱能，通過變壓器內(nèi)外部的溫差和油的對(duì)流作用，將熱量經(jīng)散熱器向周邊散發(fā)出去，以維持變壓器的正常工作[1-3]。由于自冷式散熱方式受限于環(huán)境溫度和系統(tǒng)負(fù)荷，在夏季系統(tǒng)負(fù)荷大、外界持續(xù)高溫環(huán)境下，若無外界輔助散熱措施，油浸自冷式變壓器產(chǎn)生的熱量無法向外界有效散發(fā)，這將加速變壓器絕緣介質(zhì)老化，縮短變壓器運(yùn)行年限，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)的供電可靠性[4-6]。

現(xiàn)有變壓器水噴淋降溫裝置結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，由散熱器頂部安裝的噴淋頭進(jìn)行噴淋輔助降溫，該方法的噴淋面積有限，水流無法有效覆蓋散熱器表面，因而噴淋降溫效果不佳。當(dāng)前的水噴淋降溫裝置依靠人工控制噴頭的啟停，只能保持水噴淋裝置在常開或常閉狀態(tài)，無法根據(jù)主變負(fù)荷油溫等情況綜合判斷是否開啟水噴淋裝置，且現(xiàn)有變電站多采用無人值守模式，變電站數(shù)量多、離運(yùn)維班駐點(diǎn)路途較遠(yuǎn)，人工啟停水噴淋裝置有一定時(shí)間滯后性，滯后開啟達(dá)不到有效降溫效果，滯后關(guān)停浪費(fèi)大量水資源，往返路途對(duì)人力、物力也是極大的浪費(fèi)[7-9]。因此，亟須對(duì)傳統(tǒng)變壓器水噴淋降溫裝置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)智能控制功能，以提升噴淋降溫效果，增強(qiáng)其實(shí)用性，減少資源浪費(fèi)。

1 設(shè)計(jì)方案

1.1 噴淋區(qū)域布置

本文設(shè)計(jì)采用一種新型噴淋區(qū)域布置方式，由頂部噴頭、側(cè)壁噴頭、環(huán)境噴頭組成。頂部噴頭布置于散熱器頂部，噴淋水流以圓盤狀覆蓋散熱器頂部區(qū)域，水流沿散熱片側(cè)壁流下，形成的水膜可覆蓋側(cè)壁部分區(qū)域；散熱片高油溫區(qū)域集中在上1/3部位[10]，因此側(cè)壁噴頭布置于散熱器側(cè)壁上1/3高度處，其噴淋水流可有效覆蓋周邊4個(gè)散熱片的高油溫區(qū)域；環(huán)境噴頭布置于最外層散熱片向外處，噴頭位置朝向外部，對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行噴淋，降低變壓器周邊環(huán)境整體溫度。通過多區(qū)域噴淋布局，從頂部、側(cè)壁、周邊環(huán)境對(duì)變壓器散熱片進(jìn)行立體式噴淋降溫，大大增加了散熱片表面噴淋水膜覆蓋面積，提升了噴淋降溫效果。噴淋區(qū)域布置示意圖如圖1所示。

1.2 就地控制柜設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的水噴淋降溫就地控制柜包含電氣控制回路和水回路兩部分，就地控制柜設(shè)計(jì)原理如圖2所示。

柜體分為上、下兩層，上層為電氣控制回路部分，內(nèi)部為電子器件，包含手動(dòng)啟動(dòng)控制器、時(shí)間控制器、溫度控制器、遠(yuǎn)方遙控控制器等，外部為控制面板，可就地進(jìn)行模式切換、啟?？刂频?；下層為水回路部分，包含過濾角閥、前置過濾器、自動(dòng)自吸泵、電磁水閥等。

外部控制面板上有控制方式切換開關(guān)和自控方式切換開關(guān)，分別用于切換手控、遠(yuǎn)控、自控模式與溫控、時(shí)控模式，有電源指示燈、當(dāng)前模式指示燈用于指示電源狀態(tài)、當(dāng)前工作模式，有溫度顯示屏用于顯示當(dāng)前油溫、溫度閾值等信息。

柜內(nèi)手動(dòng)啟動(dòng)控制器可就地手動(dòng)控制電磁水閥的開啟和關(guān)閉；溫度控制器用于接收無線溫度傳感器測(cè)得的溫度值，無線溫度傳感器置于變壓器散熱器的進(jìn)油管上，采用環(huán)狀表貼式安裝，以貼緊進(jìn)油管表面，獲取準(zhǔn)確的油溫值；時(shí)間控制器可設(shè)定啟停時(shí)間，根據(jù)設(shè)定好的時(shí)間控制電磁水閥的開啟和關(guān)閉；遠(yuǎn)方遙控控制器用于連接遠(yuǎn)程終端單元（remote terminal unit, RTU），接收遠(yuǎn)控終端下發(fā)的控制命令，控制噴淋裝置的啟停。

就地控制柜按照變電站標(biāo)準(zhǔn)箱柜進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，柜體可壁掛固定，也可采用地腳螺栓固定，采用接地線可靠接地，柜門設(shè)置阻水密封條，柜內(nèi)線槽接口處均采用黑膠密封處理，防水防塵密封性能良好，并在柜內(nèi)設(shè)置溫濕度傳感器，當(dāng)溫濕度達(dá)到設(shè)定閾值時(shí)即開啟加熱板進(jìn)行驅(qū)潮加熱。該就地柜現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用安全性良好，可適應(yīng)變電站內(nèi)各類復(fù)雜環(huán)境。就地控制柜實(shí)物如圖3所示。

圖3 就地控制柜實(shí)物

1.3 噴淋控制方法

針對(duì)現(xiàn)有噴淋裝置無法根據(jù)主變負(fù)荷油溫情況自動(dòng)控制、控制滯后等問題，本文改進(jìn)設(shè)計(jì)了三種控制方式，可進(jìn)行手控模式、自控模式、遠(yuǎn)控模式三種控制模式的切換，在自控模式中又具備溫度自控模式及時(shí)間自控模式的切換功能，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求選擇裝置的自控工作模式。

手控模式下，可就地控制噴淋裝置的啟停；遠(yuǎn)控模式下，可在遠(yuǎn)控終端下發(fā)指令，控制噴淋裝置的啟停。選擇自控模式后，如需在變壓器油溫達(dá)到某閾值后投入水噴淋裝置，可設(shè)定為溫度自控模式，如需每日定時(shí)啟停水噴淋裝置，可設(shè)定為時(shí)間自控模式。在溫度自控模式下，水噴淋裝置將實(shí)時(shí)采集的油溫值與設(shè)定閾值相比較，達(dá)到設(shè)定條件后自動(dòng)完成噴淋裝置的啟停，可設(shè)置多個(gè)溫度傳感器，按“與”或“或”邏輯進(jìn)行控制，為避免油溫在某個(gè)值附近抖動(dòng)導(dǎo)致水泵、電磁水閥頻繁動(dòng)作而損壞，啟動(dòng)閾值與關(guān)閉閾值需設(shè)置滯回區(qū)間[11]。在時(shí)間自控模式下，可設(shè)置啟停時(shí)間、啟停周期等參數(shù)，噴淋裝置根據(jù)時(shí)控參數(shù)自動(dòng)運(yùn)行。變壓器水噴淋降溫控制邏輯如圖4所示。

圖4 變壓器水噴淋降溫控制邏輯

2 應(yīng)用情況

截至2023年7月，泉州供電公司變電中心先后在所轄站安裝了13臺(tái)新型變壓器水噴淋降溫裝置，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況，裝置可實(shí)現(xiàn)油浸自冷式變壓器智能輔助降溫，降溫效果明顯，具體應(yīng)用情況如下。

應(yīng)用情況1：高坑變1號(hào)主變?nèi)肇?fù)荷曲線對(duì)比如圖5所示，高坑變1號(hào)主變2023年6月25日與27日的負(fù)荷電流幾乎一致。高坑變1號(hào)主變?nèi)沼蜏厍€對(duì)比如圖6所示，6月27日11:00達(dá)到條件自動(dòng)開啟水噴淋降溫裝置后，油溫曲線迅速下降，最大降溫值達(dá)到9℃，降溫效果明顯。

圖5 高坑變1號(hào)主變?nèi)肇?fù)荷曲線對(duì)比

圖6 高坑變1號(hào)主變?nèi)沼蜏厍€對(duì)比

應(yīng)用情況2：官橋變1號(hào)主變?nèi)肇?fù)荷曲線對(duì)比如圖7所示，官橋變1號(hào)主變2023年7月5日最高負(fù)荷電流為327A，7月7日最高負(fù)荷電流為360A，兩日整體負(fù)荷差異不大。官橋變1號(hào)主變?nèi)沼蜏厍€對(duì)比如圖8所示，7月5日未開啟變壓器水噴淋降溫裝置，最高油溫為67.5℃，7月7日全日手動(dòng)開啟水噴淋降溫裝置后，油溫曲線有不同程度的下降，最高油溫為61.3℃，對(duì)比7月5日，在負(fù)荷增大的情況下最高油溫反而下降，降幅達(dá)到6.2℃，降溫效果明顯。

圖7 官橋變1號(hào)主變?nèi)肇?fù)荷曲線對(duì)比

3 結(jié)論

本文通過改進(jìn)現(xiàn)有的變壓器水噴淋降溫裝置，提出了立體式噴淋降溫方式，通過設(shè)計(jì)電氣控制回路與水回路分離的就地控制柜，根據(jù)手控、遠(yuǎn)控、自控相結(jié)合的控制方法，實(shí)現(xiàn)了變壓器水噴淋降溫裝置的智能控制，增強(qiáng)了噴淋降溫效果，對(duì)提升電網(wǎng)安全具有十分重要的意義。

裝置在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中也存在一些問題，如水噴淋管道現(xiàn)場(chǎng)安裝費(fèi)時(shí)費(fèi)力、部分噴淋頭及主變散熱器表面有白色水垢及青苔產(chǎn)生等，后續(xù)將對(duì)噴淋管道模塊化設(shè)計(jì)、噴淋裝置水質(zhì)提升等現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用問題展開研究，進(jìn)一步提升變壓器水噴淋降溫裝置的實(shí) 用性。

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Improved design and application of transformer water spray cooling system

XU Zhikun ZHANG Junkang YE Hua CAO Zhiping

(Quanzhou Power Supply Bureau, Fujian Power Grid Co., Ltd, Quanzhou, Fujian 362000)

This article focuses on the problems of poor spraying effect, inability to automatically control according to the load oil temperature of the main transformer and control lag in the existing transformer water spray cooling device. A stereo type spray cooling method that includes top nozzle, side wall nozzle and environmental nozzle is proposed. A local control cabinet is designed to separate the electrical control circuit from the water circuit, and a control logic combining manual control, automatic control and remote control is used to realize automatic control of the device, improving the cooling effect of spraying. On-site application shows that the device can achieve intelligent auxiliary cooling above 6℃, reducing the waste of manpower and material resources.

water spray cooling; stereo type spray; temperature self-control; load

2023-07-18

2023-08-07

許志坤（1992—），男，福建泉州人，碩士，工程師，主要從事電力系統(tǒng)變電運(yùn)維工作。