北京電網(wǎng)220kV強(qiáng)油循環(huán)水冷變壓器冷卻系統(tǒng)

周麗巍

摘 要：冷卻系統(tǒng)的工作狀態(tài)對(duì)主變壓器的安全可靠運(yùn)行具有重要作用，北京電網(wǎng)220kV地下變電站主變壓器采用強(qiáng)油循環(huán)水冷變壓器，通過對(duì)冷卻系統(tǒng)的安全運(yùn)行分析及合理運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)控制提升主變壓器穩(wěn)定運(yùn)行水平，延長水冷系統(tǒng)的運(yùn)行壽命。因此，對(duì)水冷系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)、故障處理、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控等方面的研究和分析對(duì)北京電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

關(guān)鍵詞：水冷系統(tǒng)；運(yùn)行分析；風(fēng)險(xiǎn)控制

1 水冷變壓器冷卻系統(tǒng)原理

采用水冷方式的變壓器，油箱上不裝散熱器，而是在變壓器外部加裝了一套油/水熱交換系統(tǒng)和水/氣熱交換系統(tǒng)。通常情況下，油/水熱交換系統(tǒng)布置在地下主變壓器層，水/氣熱交換系統(tǒng)布置在地面層。

油/水熱交換系統(tǒng)包括油泵、濾油器、油流計(jì)和水冷卻器等。在水冷卻器內(nèi)部通有冷卻水，外部流過變壓器熱油，冷卻水將油的熱量帶走，使熱油得到冷卻。變壓器的上層熱油由油泵抽出，經(jīng)過水冷器冷卻后，從油箱下部流回變壓器，去冷卻變壓器的鐵芯和繞組，油受熱后溫度升高，熱油再次流到變壓器的頂部并被抽出。

油/水熱交換系統(tǒng)包括水泵、水流計(jì)、風(fēng)扇和補(bǔ)水裝置等。冷卻水吸收變壓器熱油的熱量后，水溫升高，循環(huán)水泵將冷卻水加壓上送到地面層，由風(fēng)扇對(duì)冷卻水回路進(jìn)行降溫，降溫后再返回到地下層參與變壓器熱油的熱量交換。

2 水冷變壓器冷卻系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)分析

由于水的散熱效率比空氣高，強(qiáng)迫油循環(huán)水冷式與強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷式相比，散出同樣的熱量所消耗的材料和電能比較少，造價(jià)較低，所需冷卻器的數(shù)量較少，維修工作量大為減少，而且風(fēng)扇布置遠(yuǎn)離變壓器，沒有風(fēng)扇的噪聲，有利于運(yùn)行中辨別變壓器的聲音異常。

水/氣熱交換系統(tǒng)通常布置在地面層，日曬雨淋、定期添加防凍劑、定期補(bǔ)水、清掃等維護(hù)工作量較多。另外，水冷系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，水泵、油泵長時(shí)間滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)行中故障情況頻發(fā)。220kV主變壓器的物理壽命可達(dá)40年，我國國內(nèi)變壓器的平均運(yùn)行壽命為20年，而水冷系統(tǒng)整體運(yùn)行壽命短，還無法實(shí)現(xiàn)與變壓器同壽命。

3 冷卻系統(tǒng)安全運(yùn)行分析及風(fēng)險(xiǎn)控制措施

3.1 冷卻系統(tǒng)工作模式定期輪換

油/水和水/氣熱交換系統(tǒng)冷卻器工作模式分別通過控制手把進(jìn)行選擇。在油/水熱交換系統(tǒng)中：正常方式下工作位置的冷卻器運(yùn)行，當(dāng)變壓器頂層油溫到達(dá)65℃時(shí)，輔助位置冷卻器自動(dòng)投入運(yùn)行，頂層油溫到達(dá)55℃時(shí)返回；當(dāng)工作位置的冷卻器發(fā)生故障時(shí)，備用位置冷卻器自動(dòng)投入運(yùn)行。在水/氣熱交換系統(tǒng)中：正常方式下工作位置的冷卻器運(yùn)行，當(dāng)冷卻水溫度到達(dá)60℃時(shí)，輔助1位置散熱器自動(dòng)投入運(yùn)行，50℃時(shí)返回；當(dāng)冷卻水溫度到達(dá)70℃時(shí)，輔助2位置散熱器自動(dòng)投入運(yùn)行，60℃時(shí)返回。為了確保冷卻效果和水冷系統(tǒng)的運(yùn)行壽命，油/水和水/氣熱交換系統(tǒng)的工作模式應(yīng)每季度進(jìn)行輪換。輪換工作后，應(yīng)注意檢查工作的冷卻器、散熱器指示燈正常，油泵、水泵、油流、水流、風(fēng)扇工作正常，必要時(shí)應(yīng)對(duì)輪換后的冷卻器二次回路進(jìn)行一次重點(diǎn)測溫。

3.2 風(fēng)冷全停

強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器繞組溫度在80～140℃范圍內(nèi)，溫度每升高6℃，其絕緣老化速度將增加一倍，即溫度每升高6℃，其絕緣壽命就降低1/2。當(dāng)變壓器冷卻器全停時(shí)，變壓器溫度將迅速上升，并且與主變負(fù)載率高度正相關(guān)，負(fù)荷越重，溫升越大。此時(shí)若不能及時(shí)將變壓器退出運(yùn)行，將會(huì)造成變壓器絕緣嚴(yán)重?fù)p壞。為此，在變壓器風(fēng)冷控制回路中增加了冷卻器全停保護(hù)，保護(hù)變壓器絕緣，延長其使用壽命。

水冷變壓器運(yùn)行中，其冷卻系統(tǒng)異常報(bào)警信號(hào)通常包括：油/水冷卻器電源故障、油/水冷卻器故障、水/氣冷卻器電源故障、風(fēng)扇電源故障、風(fēng)扇故障、冷卻器全停、水流異常報(bào)警、油流異常報(bào)警、水位低報(bào)警等信號(hào)，其中運(yùn)行及維護(hù)單位尤其應(yīng)關(guān)注冷卻器全停迫使變壓器跳閘故障并在運(yùn)行中加強(qiáng)風(fēng)冷全停故障的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)控。近年來，北京電網(wǎng)大型變壓器運(yùn)行中出現(xiàn)多起冷卻器全停導(dǎo)致變壓器跳閘事故，多由于冷卻系統(tǒng)電源故障及油/水交換系統(tǒng)機(jī)械故障引起。

3.3 冷卻系統(tǒng)周期性檢修工作

冷卻系統(tǒng)的正常運(yùn)行與否對(duì)主變壓器的安全可靠運(yùn)行具有重要作用，為保證水冷系統(tǒng)各組件的機(jī)械壽命，大型主變壓器水冷系統(tǒng)應(yīng)安排周期性檢修，主要工作內(nèi)容包括冷卻裝置內(nèi)部清洗及油水熱交換器大修。

采用強(qiáng)迫油循環(huán)水冷卻方式的變壓器正常運(yùn)行時(shí)，冷卻水中不得含有對(duì)銅鐵有害的化學(xué)腐蝕劑，因此需要定期對(duì)冷卻水質(zhì)進(jìn)行嚴(yán)格檢測。發(fā)現(xiàn)冷卻液水質(zhì)異常時(shí)，需安排水冷系統(tǒng)大修。

3.4 水冷系統(tǒng)排氣工作

水冷系統(tǒng)正常運(yùn)行中，應(yīng)關(guān)注油水熱交換器排氣工作。當(dāng)冷卻水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部積聚氣體時(shí)，水流計(jì)擋板感應(yīng)到水流壓力的不穩(wěn)定會(huì)引起水流計(jì)指針頻繁抖動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)將啟動(dòng)冷卻器全停保護(hù)，導(dǎo)致主變壓器跳閘事故。因此要對(duì)水冷系統(tǒng)定期排氣，防止內(nèi)部積聚大量氣體。

水冷系統(tǒng)排氣工作應(yīng)由專業(yè)人員開展，排氣周期進(jìn)行差異化管理。有自動(dòng)排氣閥的水冷裝置，宜每半年進(jìn)行1次排氣水位檢查；無自動(dòng)排氣閥的水冷裝置，宜每季度進(jìn)行1次排氣水位檢查工作。根據(jù)北京電網(wǎng)水冷變壓器實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，遇有水泵、水流計(jì)更換，油水交換器大修，水冷系統(tǒng)冷卻裝置大修等工作，專業(yè)人員應(yīng)對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行多次排氣，并至少連續(xù)2天排氣，直至無氣體排出為止。

4 結(jié)語

城市電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行既是供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，也是供電企業(yè)的社會(huì)責(zé)任。城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和市容市貌的約束對(duì)變電站規(guī)劃提出了雙重挑戰(zhàn)，由于水冷變壓器運(yùn)行數(shù)量有限、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)少，對(duì)主變壓器水冷系統(tǒng)的研究和分析是一項(xiàng)長期而有意義的工作。

參考文獻(xiàn)

[1]張華.電力變壓器現(xiàn)場運(yùn)行與維護(hù)[M].中國電力出版社，2015.

[2]本社.DL/T572-2010電力變壓器運(yùn)行規(guī)程[M].中國電力出版社，2010.

（作者單位：國網(wǎng)北京市電力公司檢修分公司）