強制油循環變壓器冷卻水系統的改造

云南電網有限責任公司昆明供電局 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。因此循環水系統通道的壓力應比工作壓力高0.05MPa 左右。即循環水系統通道內的壓力應保持在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。油系統在油泵的幫助下強制循環，確保蒸汽工作壓力的均勻運動。最初，供水系統將家庭用水直接送入冷卻器，但現在自來水中的大部分壓力都不穩定，最高壓力可達0.3MPa，壓差可超過0.2MPa，蒸汽不保證。

1 變壓器冷卻系統改造的必要性

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

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

維修工作量降低。變壓器強制油循環系統的風冷系統需要對軟件系統進行多次人工操作和維護，如關閉沖洗電源、拆卸離心風機、深潛油泵等。使用芯片散熱器可節省大量工作，潛水泵的重要易碎和有缺陷的零件將從油道中取出，鼓風機位于集成IC 熱管散熱器下方，變壓器持續維護，便于維護；噪音少，滿足環保要求。在帶有集成IC 熱管散熱器的圓形變壓器布局中，當風扇單元安裝在下方時，整體變壓器噪聲為70dB、68dB、65dB（離心風扇噪聲水平和風扇變壓器本身）；降低輔機效率。新的冷卻系統采用28×PC2800-30/460芯片散熱器，爐內輔助設備損耗為14×0.55=7.7kW。原冷卻系統采用6×200kW空冷器，鍋爐輔助設備損耗為（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原理及優缺點分析

水冷式冷卻變壓器冷卻水箱內沒有安裝熱管，但在變壓器外部更新了油/水傳熱系統和水/空氣傳熱系統。一般油/水熱交換系統建在主變層地下，水/空氣熱交換系統建在地下。水油熱交換系統包括油泵、油分離器、排油表、水冷卻器等。水冷卻器內部為循環水系統，外部根據變壓器使油旋轉，循環水系統從油中吸收熱量，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。水油熱交換系統包括離心水泵、水流量計、離心風機、保濕供水設備。循環水系統用完變壓器熱油的熱量后溫度升高，循環水泵對循環水系統加壓送至地面，離心風機冷卻循環水控制回路[2]。

水的除熱效率高于氣體，與強制油循環風冷相比，同等熱量、原料/電耗、成本低、冰箱數量、維護量可顯著減少。正確放置風扇旁路變壓器，HR無風扇噪音，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，水冷系統結構復雜，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 冷卻系統安全運行分析及風險控制措施

3.1 冷卻系統工作模式定期輪換

在油/水熱交換器系統軟件中，跟隨操縱桿選擇油/水和水/空氣熱交換器系統中冷卻器的實際運行情況。當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/空氣熱交換系統軟件：一些正在運行的冷卻器運行正常，當循環水系統溫度達到60℃時，輔助1熱管自動運行散熱恢復溫度高達50℃。當循環水系統溫度達到70℃時，輔助二次熱管冷卻自動啟動并修復至60℃。油/水和水/空氣傳熱系統軟件的運行模式應每月輪換一次，以保證水冷系統的實際冷卻效果和使用壽命。旋轉工作完成后，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 風冷全停

用于驅動油循環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呈正相關，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，冷卻系統異常警報通常包括油/水冷開關電源電路的常見問題、常見的油/水冷卻器故障和水/空冷器開關電源電路一般故障、離心風機開關電源電路一般故障、離心風機一般故障、冷卻器完全停機、水流異常報警、漏油異常報警、低水位報警等數據信號，維修公司應意識到冷卻器完全關閉引起的問題，變壓器停運的一個常見問題是提高運行期間完全風冷停運的風險防范。近年來，電路系統各種軟件問題、冷卻器完全停機、電網大、中、小型變壓器投切等安全生產事故屢見不鮮[3]。

3.3 冷卻系統周期性檢修工作

冷卻系統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，保證水冷系統各部件工業設備的使用壽命。重要項目包括清潔內部機械和設備，采用強制油循環冷卻和循環水溶液的變壓器在正常運行過程中，循環水系統中不得含有對鋼材有害的化學腐蝕性物質，因此須嚴格檢查冷卻水的水質。如水冷系統出現問題需準備好進行維修。

3.4 水冷系統排氣工作

在水冷系統正常運行時，須注意保證水-油熱交換器的排氣管工作正常。當水蒸氣在循環水系統中積聚時，水流量計擋板感應線圈內的水流壓力發生變化，水流量計指針頻繁振動。因此，水冷系統的排氣管必須按時運行，以防止內部大量水蒸氣的積聚。水冷系統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系統的正時。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，管道應每月檢查一次。根據電網水冷冷卻變壓器的實際運行經驗，至少需要排空離心水泵、水流量計、水油電源開關、水維護等兩套冷卻系統。

綜上，大城市電網的可靠運行不僅是配電設備公司的經濟效益，也是配電設備公司的社會責任。城市經濟的快速發展和當地環境的管理，明確主張重新確認變電站總體規劃。由于運行中的水冷冷卻變壓器數量相對有限、運行經驗較少，對主變水冷系統進行討論和分析是一項長期而艱巨的任務。