220 kV主變壓器負載運行油溫測試研究

高自偉， 張 健， 徐 超

(國網黑龍江省電力有限公司電力科學研究院，哈爾濱 150030)

220 kV主變壓器負載運行油溫測試研究

高自偉， 張 健， 徐 超

(國網黑龍江省電力有限公司電力科學研究院，哈爾濱 150030)

以某220kV變電站1號主變壓器為研究對象，介紹了在負載運行條件下進行油溫測試的前提條件和蝶閥操作次序，總結了日負載率的總體變化規律。通過開合散熱器蝶閥來改變變壓器的散熱條件，繪制開啟蝶閥數量與變壓器溫升關系，分析變壓器油溫與蝶閥開合、環境溫度、風速、負載損耗等因素的關系。通過控制負載率及蝶閥，可以有效控制出口油溫，為變壓器余熱利用奠定現實基礎。

變壓器；負載運行；負載損耗；油溫測試

變壓器負載條件下的油溫測試是通過改變變壓器在負載運行條件下散熱器蝶閥開啟數量來完成的，變壓器溫升值越高，表明單位可控可利用余熱量越多，這些研究為變壓器余熱利用提供了重要輔助依據[1-2]。本文綜合考慮了黑龍江省內各生產單位變壓器的運行情況(包括變壓器額定容量、電壓組合、冷卻方式、空載損耗、負載損耗和運行環境等)，以某220 kV變電站1號主變壓器為研究對象，開展了不同工況下變壓器油溫的測試工作。

1 測試原理及測試內容

運行中變壓器的損耗轉化為熱量，變壓器油受熱向上運動，因而變壓器上層油溫較高。變壓器上層熱油經過散熱器上端蝶閥進入散熱器，熱油降溫后向下流動，經下端蝶閥流回變壓器本體，從而完成整個循環冷卻過程，這就是變壓器油的“煙囪效應”。可以通過關閉散熱器上端或下端任意一個蝶閥來關閉循環油路，散熱器將隨即停止工作，考慮到人身安全和操作方便，選擇關閉散熱器下端蝶閥來改變變壓器的散熱條件，進行油溫測試[3]。

變壓器需要具備以下條件來保證測試順利進行：變壓器在空載運行條件下運行穩定；變壓器各種保護正常投入；經紅外熱成像儀測試，變壓器無過熱現象；變壓器油中溶解氣體色譜分析等在線監測數據合格；變壓器油溫顯示儀主變油溫顯示準確、可靠[4]。

1.1 變壓器主要參數

型號：SFSZ11-90 000/220

額定容量：90 000 kVA/90 000 kVA/45 000 kVA

電壓組合：(220±8×1.25%)/66/10.5 kV

冷卻方式：ONAN/ONAF(70%/100%)

負荷損耗：347.005kW(高-中)、128.157kW(高-低) 、96.014kW(中-低)

空載損耗：58.560 kW

空載電流：0.15%

1.2 蝶閥操作次序

關閉蝶閥順序見表1，開啟蝶閥順序見表2，散熱器編號如圖1所示。

表1 關閉散熱器蝶閥操作Table 1 Operation in closing radiator butterfly values

表2 開啟散熱器蝶閥操作Table 2 Operation in opening radiator butterfly values

圖1 變壓器散熱器布置圖Fig.1 Radiator layout of transformer

1.3 試驗期間負荷情況

在前期調研階段，從運行人員處了解到，1號主變壓器5月上旬每天的日負荷曲線基本相同。試驗期間每間隔1 h對高壓側線電壓、線電流、有功負荷和無功負荷等數據進行一次記錄。時間起始點為每天12:00，5月17日-5月21日負的載率曲線如圖2所示。由以上數據和圖表分析可知，5月17日-5月21日負載率總體變化規律相同，變化范圍依次為19.49%～38.53%、20.18%～36.01%、19.43%～38.77%、19.09%～38.62%和19.43%～39.75%。

圖2 負載率曲線Fig.2 Load rate curves

1.4 關閉蝶閥油溫測試

用紅外熱成像儀進行變壓器紅外測溫，同時監測變壓器油中溶解氣體色譜分析數據，如果均無異常，則開始油溫測試工作。按表1所示順序，依次關閉相應的散熱器蝶閥，每小時記錄一次變壓器頂層油溫、高壓側線電壓、線電流、有功負荷、無功負荷、環境溫度和濕度等數據。每天進行兩次關閉蝶閥操作，時間分別為9:00和17:00，依次選取負載率約為27%、30%、33%和36%時的測量數據，繪制關閉蝶閥數量與變壓器溫升關系曲線。以負載率約為27%為例，關閉蝶閥數量與變壓器溫升變化曲線采用三次多項式擬合，如圖3所示。

圖3 負載率27%時關閉蝶閥數量與溫升曲線圖Fig.3 Curve diagram of relationship between closing butterfly value quantity and temperature rise when load rate is 27%

1.5 開啟蝶閥油溫測試

每天進行兩次開啟蝶閥操作，具體開啟次序見表2，操作時間分別為9:00和17:00，選取環境溫度相近、負載率約為33%的測量數據，繪制開啟蝶閥數量與變壓器溫升關系曲線如圖4所示。

圖4 開啟蝶閥數量與溫升曲線圖Fig.4 Curve diagram of relationship between opening butterfly value quantity and temperature rise

2 試驗分析

2.1 溫升和負荷數據分析

假定試驗期間風速、環境溫度和濕度等氣象條件不發生驟變，選定溫升和負荷作為特征值，以此觀測試驗數據。理想測試狀態下，保持負荷恒定，進行蝶閥操作，完成一個“關閉—開啟”測試循環后，再改變負載率，進行下一組測試。但考慮到生產實際，測試期間很難實現負荷恒定，測試期間日負荷曲線變化規律相同，因此每天操作蝶閥的時間固定不變，選為9:00和17:00，這樣既可以得到不同負荷條件下的測試數據，又可以降低不同蝶閥操作時負荷波動對溫升的影響。圖5為不同負荷情況下蝶閥關閉數量與溫升關系擬合曲線，從中可以看出，負載率越高，整體溫升曲線越高；溫升隨著蝶閥關閉的數目而上升，單次蝶閥關閉率越大，溫升增長越大。

圖5 蝶閥關閉數量與溫升關系曲線Fig.5 Curve diagram of relationship between closing butterfly value quantity and temperature rise

2.2 環境影響因素分析

由于試驗在戶外進行，風速對變壓器箱體和散熱器的冷卻效果影響較大，風速越大，油溫和溫升就越低，變壓器冷卻效果就越好。尤其在關閉蝶閥測試的后期，變壓器主要靠箱體與空氣間自然散熱，風速大小對頂層油溫和溫升的影響尤為顯著；試驗期間降雨會使散熱條件得到改善，相同環境溫度下，溫升降低。

3 結 論

油溫測試和紅外熱成像檢測及變壓器油中溶解氣體色譜分析等數據都表明變壓器運行正常。鑒于部分散熱器關閉不嚴，變壓器在負載率為27%～36%運行條件下變壓器溫升達41℃，推測散熱器全部關閉后，溫升應高于41℃。負載率越高，蝶閥關閉數量越多，溫升關系曲線越高。風速、降雨及環境溫度驟變對變壓器油溫升有一定影響[5-7]。不難推斷，通過控制負載率及蝶閥，可以有效控制出口油溫，進而為變壓器余熱利用提供物質基礎。

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[3] 沈鑫，李永光．利用變壓器余熱的變電站供熱空調系統的研究[J]．建筑熱能通風空調，2009,28(6):74-76． SHEN Xin, LI Yonguang. Heating & Air-conditioning system reclaimed waste heat from transformer[J]. Building Energy & Environment, 2009,28(6): 74-76.

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[5] 端木琳．變壓器余熱利用的分析與探討[J]．沈陽建筑工程學院學報，1993,9(1):62-64． DUAN Mulin. Analysis and approach on residual-heat utiligation for transformer[J]. Journal of Shenyang Architectural and Civil Engineering Institute, 1993,9(1): 62-64.

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[7] 杜雙育，王紅斌，李峰．變壓器油溫異常狀態識別方法[J]．電氣應用，2015(S2):859-862． DU Shuangyu, WANG Hongbin, LI Feng. Identification method of oil temperature abnormal state for transformer[J]. Electrotechnical Application, 2015(S2): 859-862.

(編輯 侯世春)

Study on oil temperature test of 220 kV main transformer during load operation

GAO Ziwei, ZHANG Jian, XU Chao

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

In this paper, taking No. 1 main transformer of a 220kV substation as the research object, the premise during the temperature test and the butterfly value operation sequence are introduced under the condition of load operation and the general changing law of daily load rate is summarized. By opening and closing the radiator butterfly valve to change heat dissipation condition of transformer, relationship between opening butterfly valve quantity and transformer temperature rise is drawn and the relationships between transformer oil temperature and valve opening and closing, environment temperature, wind speed, load loss or other factors are analyzed. Through controlling load rate and the butterfly valve, the outlet oil temperature can be effectively controlled, which lays a solid foundation for the utilization of the waste heat of the transformer.

transformer; load operation; load loss;oil temperature test

2017-03-03。

高自偉(1979—)男,高級工程師，主要從事電氣設備專業管理及科研工作。

TM411

A

2095-6843(2017)03-0252-03