220kV主變壓器空載運行油溫測試研究

金鎮山

(國網黑龍江省電力有限公司電力科學研究院, 哈爾濱 150030)

220kV主變壓器空載運行油溫測試研究

金鎮山

(國網黑龍江省電力有限公司電力科學研究院, 哈爾濱 150030)

通過調研省內各生產單位變壓器運行情況，綜合考慮變壓器額定容量、電壓組合、冷卻方式、空載損耗、負載損耗和運行環境等因素，對某220kV變電站2號主變壓器進行了空載條件下油溫測試。通過改變變壓器在空載運行條件下散熱器蝶閥開啟數量，對不同工況下變壓器油溫進行測試，為變壓器余熱利用研究提供輔助依據。

變壓器蝶閥; 空載運行; 空載損耗

1 測試原理

變壓器散熱器上端和下端各有一個蝶閥，在全部正常開啟時，由于變壓器油的“煙囪效應”，頂部油溫較高，散熱器內熱油降溫后向下流動，經下端蝶閥流回變壓器本體。與此同時，本體頂部有熱油經過上端蝶閥繼續進入散熱器，從而完成循環冷卻過程。若關閉上端或下端任意一個蝶閥，由于循環油路被關閉，散熱器隨即停止工作。因此，可以通過關閉單個蝶閥控制散熱器運行情況，變壓器處于運行狀態時，考慮到人身安全，選擇操作散熱器下端蝶閥改變變壓器散熱條件，進行油溫測試[1-2]。

2 測試內容

為保證測試順利進行，需要具備以下條件：在空載運行條件下變壓器運行穩定，各種保護正常投入；變壓器油中溶解氣體色譜分析等數據合格；紅外成像儀測試表明變壓器無局部過熱點[3-4]；變壓器油溫顯示可靠、準確。

2.1 變壓器主要參數

型號：SFSZ11-120000/220。

額定容量：120000 kVA/120000 kVA/60000 kVA。

電壓組合：(220±8×1.25%)/121/38.5kV。

冷卻方式：ONAN/ONAF(70%/100%)。

負載損耗：408.577kW(高-中)、161.909 kW(高-低) 、119.277 kW(中-低)。

空載損耗：69.2 kW。

2.2 蝶閥操作次序

在油溫測試前，先開展變壓器油樣分析和變壓器紅外測溫工作，若測試結果正常，則開始油溫測試工作。按照表1依次關閉散熱器蝶閥，間隔1 h記錄一次頂層油溫、環境溫度、環境濕度等數據。待熱交換平衡后，進行下一步蝶閥操作。散熱器編號如圖1所示。所有散熱器蝶閥關閉并且熱交換平衡后，按照表2依次開啟蝶閥。間隔1 h記錄一次頂層油溫、環境溫度、環境濕度等數據。熱交換平衡后，進行下一步蝶閥操作。

表1 關閉散熱器蝶閥操作

Table 1 Operation to close radiator’s butterfly value

步驟關閉數量 關閉散熱器編號1213、16261、2、11、12、13、16381、2、5、6、11、12、13、164121、2、5、6、9、10、11、12、15、16、19、205141、2、3、5、6、9、10、11、12、14、15、16、19、206161、2、3、4、5、6、9、10、11、12、13、14、15、16、19、207171、2、3、4、5、6、8、9、10、11、12、13、14、15、16、19、208181、2、3、4、5、6、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、19、209191、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、19、2010201、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20

表2 開啟散熱器蝶閥操作

Table 2 Operation to open radiator’s butterfly value

步驟開啟數量 開啟散熱器編號131、10、11271、10、11、20、19、6、163111、10、11、20、19、6、16、2、9、12、54151、10、11、20、19、6、16、2、9、12、5、8、13、15、185201、10、11、20、19、6、16、2、9、12、5、8、13、15、18、3、4、7、14、17

圖1 變壓器兩側散熱器布置圖

2.3 關閉蝶閥油溫測試

按照表1所示，依次關閉蝶閥開展油溫測試。以關閉12個蝶閥為例，油溫、溫差與環境溫度變化測試結果如圖2所示。

2.4 開啟蝶閥油溫測試

按照表2所示，依次開啟蝶閥開展油溫測試。以開啟3個蝶閥為例，測量油溫、溫差與環境溫度變化如圖3所示。

圖2 關閉12個蝶閥油溫和溫差及環境溫度曲線圖

圖3 開啟3個蝶閥油溫和溫差及環境溫度曲線圖

3 試驗分析

3.1 油溫和溫差數據分析

試驗期間，由于環境溫度、風速和濕度等氣象條件均隨時間變化，在假設氣象條件不是驟變的情況下，選定溫差和油溫為特征值，以此作為操作蝶閥后新的熱平衡穩定判據。分析得出：關閉蝶閥單次操作后，由于散熱條件下降，溫差逐漸變大，達到新的熱平衡后，溫差趨于平穩；開啟蝶閥操作時，散熱條件得到改善，溫差逐漸減小，達到新的熱平衡后，溫差趨于平穩。關閉或開啟蝶閥數目越多，溫差達到穩定的時間越長。熱平衡達到穩定后，蝶閥關閉的數目與溫差變化的擬合曲線如圖4所示，從中可以看出，溫差隨蝶閥關閉數目的增多而上升，單次關閉閥門數量與在運散熱器數量的比值越大，溫差越大。

圖4 蝶閥關閉數量與溫差關系曲線

3.2 溫度驟變對油溫及溫差的影響

環境溫度驟變和負荷的改變均會引起變壓器的油溫和溫差發生變化。本次試驗同時監測1號變壓器油溫，試驗期間，1號主變有功功率在2.75～3.05MW之間變化，無功功率在0.55～0.75 MVar之間變化，負荷穩定。以4月8日17：30，到4月9日9：30關閉17支散熱器為例，分析環境溫度和負荷對油溫和溫差的影響，1、2號變壓器油溫和溫差隨環境溫度變化的曲線如圖5所示。

由圖5(a)可以看出，1號和2號主變油溫隨環境溫度變化趨勢總體相同，由于1號主變輕載運行，其油溫隨環境溫度變化曲線比2號主變略為平緩。

圖5(a) 主變油溫與環境溫度關系圖 圖5(b) 主變溫差與環境溫度關系圖

圖6(a) 主變油溫與環境溫度關系圖 圖6(b) 主變溫差與環境溫度關系圖

變壓器油溫差與環境溫度的變化為熱平衡過程，當環境溫度驟變時，打破原有的熱平衡，油溫變化滯后于環境溫度變化的速度。 由圖5 (b) 可以看出：當環境溫度驟降時，1號與2號主變的溫差都不同程度增大(如16：30～18：30和5：30～6：30所示)；當環境溫度上升較快時，溫差減小(如20：30～21：30和6：30～9：30所示)。與此同時，由于受負荷的影響，1號主變溫差變化同油溫變化一樣，比2號主變略顯平滑。圖6為關閉20支蝶閥時所測得的數據，油溫和溫差隨環境溫度變化的情況與圖5相同。

3.3 風速對油溫及溫差的影響

試驗在戶外進行時，風速會改變壓器箱體和散熱器的冷卻狀況，風速越大，變壓器冷卻效果越好，油溫和溫差就越低。

4 結 論

1)油溫測試和絕緣油中溶解氣體分析及紅外成像檢測等數據表明變壓器運行正常；

2)關閉所有散熱器，變壓器在空載運行條件下變壓器溫升不超過40℃，且隨著散熱器蝶閥關閉率的提高，變壓器油溫升增長越快；

3)降雪和風速及環境溫度驟變對變壓器油溫升有一定影響。

[1] 保定天威保變電氣股份有限公司.變壓器試驗技術[M].北京：機械工業出版， 2000:529-584 Baoding Tianwei Baobian Electric. Transformer Test Technology[M]. Beijing: China Machine Press, 2000: 529-584.

[2] 操敦奎、徐維宗、阮國方.變壓器運行維護與故障分析處理[M].北京：中國電力出版社，2008:299-301 CAO Dunkui, XU Weizong, RUAN Guofang. Transformer Operation Maintenance and Fault Analysis & Treatment[M]. Beijing: China Power Press, 2008: 299-301.

[3] 中華人民共和國國家發展和改革委員會. DL/T 664-2008 帶電設備紅外診斷技術應用導則[S].

[4] 周茵.紅外檢測技術的應用[J].電力系統裝備,2003,24(9):32-36. ZHOU Yin. Application of infrared detecting technique[J]. Electric Power System Equipment, 2003,24(9): 32-36.

(編輯 陳銀娥)

Research on oil temperature test of 220kV main transformer no-load operation

JIN Zhenshan

(Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150030, China)

Through investigating the operation of all production units’ transformers across the province of Heilongjiang and taking a comprehensive consideration to the factors of transformer including rated capacity, voltage combination, cooling options, no-load loss, load loss and operation environment, oil temperature test is carried out on No. 2 main transformer of a 220kV substation under no-load conditions. By changing the number of radiator’s butterfly valves opened under the condition of no-load operation in the transformer, oil temperature tests are carried out under different working conditions, which provides the auxiliary basis for the study and use on transformer’s waste heat.

transformer butterfly valve; no-load operation, no-load loss

2016-11-21。

金鎮山(1963—)，男，高級工程師，從事電氣設備專業管理及科研工作。

TM411

A

2095-6843(2017)02-0137-04