40000KVA/110KV主變壓器冷卻方式實現節能降噪的可行性探討

摘 要：根據我林業局一臺老變壓器存在維護費用高、潛油泵滲漏問題，提出由強油風冷改為油浸風冷理論計算，以達到安全、經濟、環保目的。

關鍵詞：節能；降噪；提質增效

該變壓器由我局修造廠以一臺SFPL-60000/154主變先改造為SFPS-40000/110/38.5/11型主變，后進一步改造為SFPSZ7-40000/121/38.5/11型有載調壓節能型主變。冷卻系統一直保留了原主變YF-120/3250型強油風冷卻器6臺。由于該冷卻器運行已達30年之久，已出現滲漏現象，尤其潛油泵滲漏嚴重，需要更換新冷卻器。而且該型冷卻器每組配有0.4KW風扇4臺。3.0KW潛油泵1臺，長年運行每年耗電高達13.8萬千瓦時，折合人民幣6.9萬元，不僅運行維護費高得驚人，還由于是最老型的冷卻裝置，其噪聲按新的標準要求也遠遠超標，結合此次更換冷卻器工程，提出可否更換成低噪聲風冷式冷卻裝置，以達到節能環保新型運行條件。通過搜集此臺變壓器的歷史檔案資料，并做了詳細測算論證，證明可以改為風冷式冷卻裝置，以達到節能降噪聲目的。

1 變壓器技術參數

型號：SFPSZ7-40000/121/38.5/11；

額定電壓：121×+2-4×1.25%/38.5/11KV；

額定電流：190.9/600/2099.5A；

聯結組別：YN， yn0，d11；

空載損耗（實測）：51.06kw；

空載電流（實測）：0.5%；

負載損耗（實測）：P12=179.45kw，P13=226.75kw，P23=151.68kw；

阻抗電壓（實測）：UK12=10.25%，UK13=17.86%，UK23=6.22%；

冷卻方式：強油風冷，冷卻器型號YF-120/3250×6。

2 改為可拆片式風冷散熱器后的各部件溫升計算

高壓線圈對油的平均溫升（最小分接時）

最小分接時的電流 I=In×■=200.9

電流密度Δ=2.587

線餅的遮蓋系數K4=1-■=0.725

線餅的周長l=2（na1+b1）=198.7

線圈表面的單位熱負荷q=■×（1+■）=757.5w/m2

對銅導線K1=22.1，取K2=1

高壓線圈表面對油的平均溫升τ1=τ1′+Δτ1+Δτ2

風冷式變壓器內外線圈τ1′=0.159q0.7=16.48K

其中絕緣修正值Δτ1=Kq，高壓線圈δ=1.35，K的取值見表1

表1 K和δ的關系值

Δτ1=Kq=2.24K

線段油道寬度的溫升校正值Δτ2=■， dθ為校正溫度，與油道寬度及線段的輻向尺寸有關，當油道寬度=5mm，線段輻向尺寸=89mm時，dθ=3.5，此時Δτ2=■=1.71K，

τ1=τ1′+Δτ1+Δτ2=20.43K（<25K）

中壓線圈表面對油的平均溫升經計算τ1=23.33K（<25K）

低壓線圈表面對油的平均溫升經計算τ1=21.25K（<25K）

油對空氣的平均溫升及油頂層溫升

負載損耗額定分接高低運行時Pk75=226.75kw，高壓額定分接75℃直流電阻為0.6798Ω，最小分接直流電阻為0.6451Ω

最小分接運行時增加損耗為3792w ，相應附加損耗為632w，最小分接Pk75=231.174kw

空載損耗P0=51.06 kw

85℃總損耗P總=289632w

選用PC-3150×28/480型散熱器6組，每組散熱器中心距3250 mm， 片寬480mm， 每組28片，每組有效風冷散熱面積54.3m2，油箱散熱面積≈38.7m2 ， 總的散熱面積P總=364.5m2

單位熱負荷 qT=794.6w/m2

油對空氣的平均溫升？子y=0.191 qT0.8-7=32.9℃

油頂層溫升？子ym=1.2？子y+6=45.48℃（<55K）

（2）鐵芯溫升計算

① 鐵芯內部對油溫差計算

？子n=28PtKp0■10-4=6.46K（<10k）

②鐵芯表面對油的溫升

鐵芯表面單位面積重量計算GA=■k0，其中m與b的關系見表2。

表2 m與b的關系值

GA=619.6

溫升？子c=0.35（PtKp0GA）0.6=21K（<35k）

③鐵芯內部對油的最大溫升

？子0=？子n+？子c=27.46K（<45k）

④鐵芯溫升計算

Q0=？子ym+？子0=72.94K（<85k）

2 線圈對環境平均溫升

高壓線圈：？子1=53.3K（<65K）

中壓線圈：？子2=56.23K（<65K）

低壓線圈：？子3=54.15K（<65K）

3 改為油漬自冷式最大運行容量可達到額定容量的75%

經上述方法計算驗證如下：

（1）高壓線圈對油的平均溫升（最小分接時）τ1=16.9K（<25K）

（2）中壓線圈表面對油的平均溫升τ1=20.72K（<25K）

（3）低壓線圈表面對油的平均溫升τ1=19.1K（<25K）

（4）油對空氣的平均溫升？子y=42.17℃

油頂層溫升？子ym=56.6℃（>55k）

（5）鐵芯溫升Q0=84.06K（>85k）

（6）線圈對環境平均溫升

高壓線圈：τ1=59.07K（<65K）

中壓線圈：τ2=62.89K（<65K）

低壓線圈：τ3=61.27K（<65K）

計算表明在高壓線圈最小分接運行，高中或高低運行負荷達到75%額定負荷時，中、低壓線圈溫升將達到65K左右，在此條件下如長期運行，有可能縮短變壓器壽命；根據GB1094-1996之4.2條規定：“油不與大氣直接接觸的變壓器油的頂層溫升限值為60K”，但考慮到牡丹江地區年平均氣溫在0--3℃，它遠遠低于國標規定年20℃氣溫，實際壽命將大大延長，即使出現一段時間超限值運行，也不影響變壓器正常使用壽命。

4 經濟分析

4.1 改造總費用

（1）散熱器價格：63000元

（2）配低噪聲風機：CFZ-6.3Q型（0.75KW）6臺，價格14400元

（3）散熱器用油：8592元

（4）共計原材料費用：85992元

（5）局部油箱改造費用：15000元

（6）總費用：100992元

4.2 改造后節省費用

（1）原冷卻器正常運行5組

風機容量8KW

潛油泵容量15KW

（2）年運行費用

冷卻裝置按年運行6000小時計算，

年耗電138000kwh

折合人民幣=69000元

（3）改為PC-3250-28/480片式散熱器6組

風機容量4.5KW

年耗電27000kwh

折合人民幣13500元

（4）節約效果：

年節省人民幣55500元，只需兩年即可收回改造資金。

5 結論

（1）將變壓器強油風冷改為片式散熱器，油箱做局部改造后即可實現。

（2）改造后，風冷條件下各部件溫升均符合GB1094-1996技術條件。

（3）當負荷不超過額定負荷75%時，可停用風扇，呈油浸自冷方式運行，考慮到牡丹江地區年平均氣溫低的因素，并不影響變壓器正常運行壽命。

（4）改造后杜絕了油泵滲漏問題，降低了變壓器噪聲水平，滿足節能環保要求，只需兩年即可收回改造資金。

參考文獻

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