220kV 強迫油循環(huán)風冷電力變壓器冷卻系統(tǒng)改造分析

陳振江　韋瑞峰　何政宇　王昕　楊林清

摘? 要：變壓器作為電力系統(tǒng)的重要設備之一，在連接各級電網(wǎng)和向電力系統(tǒng)傳輸電能方面發(fā)揮著重要作用。由于變壓器在日常運行中會產(chǎn)生大量熱量，其冷卻系統(tǒng)的可靠運行直接關系到變壓器的安全穩(wěn)定運行。對220kV油循環(huán)風冷變壓器在維護日常運行中存在的隱患進行了分析，分析對舊式強制油循環(huán)風冷變壓器冷卻系統(tǒng)進行風冷改造的必要性以及保障電網(wǎng)安全、穩(wěn)定、可靠運行的重要性。

關鍵詞：220kV強迫油循環(huán);風冷電力變壓器;冷卻系統(tǒng);分析;探討

引言

目前，隨著電網(wǎng)規(guī)模的不斷增大，電網(wǎng)上運行的變壓器越來越多，變壓器的技術水平也在不斷提高。此時，無人值守變電站的變壓器在線監(jiān)測設備越來越先進，大部分老式強制油冷風冷逆變器已經(jīng)出廠20多年了。冷卻系統(tǒng)不僅結構陳舊，而且冷卻效率低、噪音大、運行損耗大、維護繁瑣。尤其是運行20多年后，冷卻系統(tǒng)的部件或多或少都存在或大或小的缺陷，對變電站和無人值守電網(wǎng)的安全可靠運行是一個安全隱患，一旦出現(xiàn)問題，如果不及時發(fā)現(xiàn)和處理，將會給設備造成重大事故[1]。因此，需要對上述型號的老式強制油循環(huán)風冷變頻器的冷卻系統(tǒng)進行檢修。檢修不僅可以提高變壓器的冷卻效率和過載能力，還可以降低運行損耗和噪聲，對整個電網(wǎng)的安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行具有多方面的現(xiàn)實意義。

1、運行中隱患分析

（1）潛油泵運行中的隱患分析。大功率風冷變壓器潛油泵在變壓器油中高速油循環(huán)運行（1000r/min及以上），每臺潛油泵油流量40m3/h，1h更換整臺變壓器絕緣油。其中，軸承磨損、轉子與定子的金屬摩擦碰撞、上下端蓋不平衡等，都會使磨損的鐵屑隨變壓器的絕緣油流入變壓器各相繞組。變壓器降低線圈的絕緣導致匝間局部放電或短路，嚴重時可能導致變壓器主絕緣失效和損壞，甚至引發(fā)變壓器爆炸事故。

（2）強迫油冷卻散熱器運行中的隱患分析。強制油循環(huán)風冷變壓器強力油冷散熱器采用直徑φ16mm、壁厚2mm的Q235192鋼管焊接而成，高油散熱器的底部和管子之間的密集處容易積聚灰塵和水分，長期積聚的灰塵和水分會慢慢侵蝕管道底部，嚴重時散熱器下部會生銹、爆炸，導致變壓器因油耗低和絕緣性差而發(fā)生短路接地故障，直接影響變壓器的安全穩(wěn)定運行。

（3）油流繼電器運行中的隱患分析。油流繼電器主要用于監(jiān)測和顯示潛水泵的運行狀態(tài)。潛水泵工作時，油流與油流繼電器的擋板碰撞使擋板打開，油流繼電器的電接點由常開變?yōu)槌ｉ]，信號送至變壓器風冷控制箱，油流中繼擋板長期受到潛水泵油流的影響。隨著膜片的老化，膜片逐漸不能承受油流的沖擊，造成膜片碎裂，隨潛油泵的油流進入變壓器線圈。降低線圈的絕緣會導致局部放電或短路錯誤，嚴重時會導致變壓器損壞[2]。

2、強迫油循環(huán)風冷變壓器運行維護分析

強制油循環(huán)風冷換能器主要是通過潛水泵從變壓器頂部抽油，再通過連接管將變壓器油送至散熱器進行冷卻散熱，冷卻后的變壓器油通過潛油泵和油流繼電器進入連接管，返回變壓器本體[3]。在此期間，通過的環(huán)節(jié)越多，維護的時間和頻率以及工作量就越多。由于外部環(huán)境和運行維護質(zhì)量的不斷變化，附件的老化或變形必然會影響變壓器的安全可靠運行。因此，強制油循環(huán)風冷變壓器的日常維護保養(yǎng)必然是嚴苛的，但隨著用電負荷的不斷增加，在各供電所維護人員有限的前提下，不可能安排專人每臺強制油循環(huán)風冷變壓器負責維護和維修工作，這也給變壓器的安全穩(wěn)定運行帶來了很大的安全隱患。

3、變壓器冷卻重要性

變壓器在運行過程中因損耗而發(fā)熱，其溫升直接影響變壓器絕緣材料的使用壽命。大容量變壓器會產(chǎn)生熱量，需要特殊的冷卻裝置來散熱，而強力油循環(huán)空冷器是一種常用的冷卻裝置。油循環(huán)由變壓器油泵驅動，使油流經(jīng)空冷器散熱，它由機體、油泵、風扇、油流指示器和控制箱組成，分為ODAF（體內(nèi)有指令結構）和OFAF（體內(nèi)無指令結構）。受制于制造業(yè)前期冷卻劑設計技術和生產(chǎn)條件，變壓器強大的油循環(huán)空冷器在現(xiàn)場長期運行后容易出現(xiàn)故障，冷卻效果變?nèi)酰绊懽儔浩鞯慕】颠\行和電網(wǎng)的安全穩(wěn)定。冷卻控制系統(tǒng)對于強油循環(huán)風冷變壓器的安全運行至關重要，直接影響變壓器的溫升、負荷率和使用壽命。當冷卻控制系統(tǒng)發(fā)生故障時，會迫使變壓器欠載、停機，甚至發(fā)生故障。傳統(tǒng)的逆變器冷卻器控制系統(tǒng)由電磁交流接觸器、繼電器、模擬恒溫器和熱繼電器組成，控制原理簡單，功能不全，操作方式不靈活，尤其是電機保護配置不完善，元器件易磨損老化，控制電路故障時有發(fā)生，運行不可靠，維修量大，影響變壓器的安全穩(wěn)定運行。目前，大型電力變壓器冷卻控制系統(tǒng)控制方式單一，冷卻液保護不完善，系統(tǒng)可靠性差，智能化程度低，執(zhí)行機構觸點多，無法與電力綜合監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動，將不同的信號上傳到主監(jiān)控站并不容易。本文研究的新型冷卻液控制系統(tǒng)由基于PLC的制冷系統(tǒng)控制器和固態(tài)交流電源的開關和保護部分組成。它們具有以下特點：可編程邏輯控制器也稱為可編程控制器。它是以微處理器為基礎，集計算機技術和自動控制技術于一體的通用型工業(yè)自動控制器，具有體積小、功能強大、程序設計簡單、維護靈活通用、方便等優(yōu)點。可編程控制器（PLC）是專為工業(yè)應用而設計的電子數(shù)字驅動控制系統(tǒng)，在工業(yè)控制領域有著扎實的基礎。

5、總結

綜上所述，一般情況下，強制油循環(huán)風冷變壓器在運行中存在隱患，大大降低了變壓器的使用壽命，降低了供電質(zhì)量，降低了運行的安全可靠性。對風冷變壓器冷卻系統(tǒng)進行強制油循環(huán)改造后，更換了低噪音冷卻風扇，減少了潛水泵，不僅簡化了操作維護，降低了運行噪音和平均能耗，還帶來了節(jié)能、環(huán)保、科學美容等諸多好處。圖1顯示了變壓器冷卻系統(tǒng)改造前后的示意圖。另外，現(xiàn)階段國內(nèi)外變壓器廠家采用的冷卻方式為風冷或自冷結構。因此，為保證變壓器及整個電網(wǎng)的安全、可靠、經(jīng)濟運行，有必要對舊變壓器強大的油循環(huán)風冷系統(tǒng)進行改造。

參考文獻

[1]鄒明浩.220kV強迫油循環(huán)風冷變壓器冷卻系統(tǒng)風冷改造分析[J].通訊世界，2018（2）：196-197.

[2]閃東.220kV強油循環(huán)風冷變壓器冷卻系統(tǒng)改造[J].數(shù)碼設計（下），2020，9（7）：102.

[3]歐陽樹林，楊智強.淺談220kV變壓器強迫油循環(huán)冷卻系統(tǒng)改造[J].通訊世界，2015（19）：105-106，107.