北京電網(wǎng)220kV強油循環(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)對主變壓器的安全可靠運行具有重要作用，北京電網(wǎng)220kV地下變電站主變壓器采用強油循環(huán)水冷變壓器，通過對冷卻系統(tǒng)的安全運行分析及合理運用風險控制提升主變壓器穩(wěn)定運行水平，延長水冷系統(tǒng)的運行壽命。因此，對水冷系統(tǒng)的運行維護、故障處理、風險預(yù)控等方面的研究和分析對北京電網(wǎng)的穩(wěn)定運行具有重要意義。

關(guān)鍵詞：水冷系統(tǒng)；運行分析；風險控制

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、風扇和補水裝置等。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，由風扇對冷卻水回路進行降溫，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)缺點分析

由于水的散熱效率比空氣高，強迫油循環(huán)水冷式與強迫油循環(huán)風冷式相比，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，而且風扇布置遠離變壓器，沒有風扇的噪聲，有利于運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、定期補水、清掃等維護工作量較多。另外，水冷系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，水泵、油泵長時間滿負荷運轉(zhuǎn)，運行中故障情況頻發(fā)。220kV主變壓器的物理壽命可達40年，我國國內(nèi)變壓器的平均運行壽命為20年，而水冷系統(tǒng)整體運行壽命短，還無法實現(xiàn)與變壓器同壽命。

3 冷卻系統(tǒng)安全運行分析及風險控制措施

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行，當變壓器頂層油溫到達65℃時，輔助位置冷卻器自動投入運行，頂層油溫到達55℃時返回；當工作位置的冷卻器發(fā)生故障時，備用位置冷卻器自動投入運行。在水/氣熱交換系統(tǒng)中：正常方式下工作位置的冷卻器運行，當冷卻水溫度到達60℃時，輔助1位置散熱器自動投入運行，50℃時返回；當冷卻水溫度到達70℃時，輔助2位置散熱器自動投入運行，60℃時返回。為了確保冷卻效果和水冷系統(tǒng)的運行壽命，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、風扇工作正常，必要時應(yīng)對輪換后的冷卻器二次回路進行一次重點測溫。

3.2 風冷全停

強迫油循環(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。當變壓器冷卻器全停時，變壓器溫度將迅速上升，并且與主變負載率高度正相關(guān)，負荷越重，溫升越大。此時若不能及時將變壓器退出運行，將會造成變壓器絕緣嚴重損壞。為此，在變壓器風冷控制回路中增加了冷卻器全停保護，保護變壓器絕緣，延長其使用壽命。

水冷變壓器運行中，其冷卻系統(tǒng)異常報警信號通常包括：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、風扇電源故障、風扇故障、冷卻器全停、水流異常報警、油流異常報警、水位低報警等信號，其中運行及維護單位尤其應(yīng)關(guān)注冷卻器全停迫使變壓器跳閘故障并在運行中加強風冷全停故障的風險預(yù)控。近年來，北京電網(wǎng)大型變壓器運行中出現(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)的正常運行與否對主變壓器的安全可靠運行具有重要作用，為保證水冷系統(tǒng)各組件的機械壽命，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。

采用強迫油循環(huán)水冷卻方式的變壓器正常運行時，冷卻水中不得含有對銅鐵有害的化學(xué)腐蝕劑，因此需要定期對冷卻水質(zhì)進行嚴格檢測。發(fā)現(xiàn)冷卻液水質(zhì)異常時，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)正常運行中，應(yīng)關(guān)注油水熱交換器排氣工作。當冷卻水循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)部積聚氣體時，水流計擋板感應(yīng)到水流壓力的不穩(wěn)定會引起水流計指針頻繁抖動，嚴重時將啟動冷卻器全停保護，導(dǎo)致主變壓器跳閘事故。因此要對水冷系統(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，排氣周期進行差異化管理。有自動排氣閥的水冷裝置，宜每半年進行1次排氣水位檢查；無自動排氣閥的水冷裝置，宜每季度進行1次排氣水位檢查工作。根據(jù)北京電網(wǎng)水冷變壓器實際運行經(jīng)驗，遇有水泵、水流計更換，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)對冷卻系統(tǒng)進行多次排氣，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)的安全可靠運行既是供電企業(yè)的經(jīng)濟效益，也是供電企業(yè)的社會責任。城市經(jīng)濟的發(fā)展和市容市貌的約束對變電站規(guī)劃提出了雙重挑戰(zhàn)，由于水冷變壓器運行數(shù)量有限、運行經(jīng)驗少，對主變壓器水冷系統(tǒng)的研究和分析是一項長期而有意義的工作。

參考文獻

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

[2]本社.DL/T572-2010電力變壓器運行規(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）