220kV主變冷卻系統(tǒng)改進

陳卓

摘 要：望亭電廠1號主變位于燃氣機組，其高壓側(cè)與220kV開關相連，低壓側(cè)連接高廠變與發(fā)電機出口開關。燃機的并網(wǎng)與解列通過發(fā)電機出口開關實現(xiàn)。機組解列后主變承擔少量廠用電負載。燃機并網(wǎng)運行時，主變負載高，主變冷卻器根據(jù)負荷電流，運行4組；機組解列后，主變負載小，溫升低，冷卻器運行3組，此時主變上層油溫溫升低，實際不需要冷卻器3組運行。燃氣輪機為調(diào)峰運行，單臺機組年停用時間約5000小時，燃機的運行特性為主變冷卻系統(tǒng)節(jié)能的改進提供了空間。

關鍵詞：冷卻系統(tǒng)；邏輯；改進分析

中圖分類號：TM416 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）12-0201-01

1 1號機組變壓器及其冷卻系統(tǒng)運行概況

主變由東芝變壓器制造，型號SFP-480000/220，額定電流1174/14586A，空載損耗211.5kW，負載損耗868.8kW，冷卻方式為強油風冷。主變共裝設有5組冷卻器，每組冷卻器冷卻容量為250kW。每組冷卻器有2臺冷卻風機，額定功率2.2kW，額定風量9.8m3/s，1臺潛油泵，額定功率2.2kW，額定流量1600L/min。正常運行時冷卻器工作位置為3組“工作”位置，1組“備用”位置，1組“輔助”位置。

冷卻器控制邏輯：（1）主變冷卻裝置控制方式放“工作”位置，當主變220kV開關合閘時，冷卻器自動投入，主變220kV開關分閘后，冷卻器自動停用。（2）當主變負荷電流大于70%額定電流或上層油溫大于65℃，主變輔助冷卻器啟動；當上層油溫小于55℃，主變輔助冷卻器停用。（3）當運行中的工作、輔助冷卻器發(fā)生故障時，備用冷卻器啟動。

2 冷卻系統(tǒng)改進的可行性

2.1 冷卻系統(tǒng)改進后應達到的要求

1號主變上層油溫溫升規(guī)定不大于55K，上層油溫不高于95℃。實際機組并網(wǎng)主變帶負荷運行時，溫升一般小于40K，油溫不超過70℃；而在機組解列后，主變少量廠用電負荷，上層油溫溫升在15K以內(nèi)。

主變損耗P包括空載損耗Po與負載損耗Pg，機組停用后，僅少量輔助設備運行，主變負載極低，低壓側(cè)電流一般在50A左右，額定電流為14586A，復雜損耗Pg與電流的平方成正比，所以負載損耗Pg可以忽略不計。主變損耗P基本為空載損耗Po。

2.2 減少冷卻器組數(shù)后上層油溫溫升的理論計算

1號主變空載損耗Po=216.8kW，單組冷卻器額定冷卻容量為250kW，實際3臺冷卻器的了冷卻量遠大于空載損耗。

實但際冷卻器因運行時長，冷卻器臟污，實際冷卻效果降低，為計算冷卻器最少可行數(shù)量，采集了主變在不同環(huán)境溫度下的上層油溫。如表1所示。

穩(wěn)態(tài)傳熱Q=H*A*ΔT

Q為單位時間內(nèi)面積A上的傳熱熱量，單位W，；H稱為表面對流傳熱系數(shù)，單位W/（m^2.K）；A為壁面面積，單位m^2；ΔT分別為固體表面和流體的溫度差，單位K。

其中每組冷卻器熱交換面積相同，A為定制，可假設為1。換熱系數(shù)隨工質(zhì)流速、流量、溫差等參數(shù)變化，冷卻器內(nèi)潛油泵油流量變化會引起系數(shù)變化。

H=Q/ΔT=冷卻器承擔的冷卻量/油溫溫升/冷卻器組數(shù)

根據(jù)數(shù)據(jù)計算：

上層油溫溫升最大時，對應H1=216.8kW/3/13.18K=5.48kW/K

上層油溫溫升最小時，對應H2=216.8kW/3/10.92K=6.62kW/K

從表中可觀察環(huán)境環(huán)境溫度較高時，對應上層油溫溫升較小。分析原因，由于油粘度較低，流速高，換熱效果較好，所以上層油溫溫升偏低。

假設投用2組冷卻，以不同系數(shù)計算上層油溫溫升：

ΔT1=216.8/2/5.48=19.78K

ΔT2=216.8/2/6.62=16.37K

假設投用1組冷卻，計算上層油溫溫升：

ΔT1=216.8/5.48=39.56K

ΔT2=216.8/6.62=32.74K

計算上層油溫溫升均在正常范圍內(nèi)。

3 實際減少冷卻器的運行情況及分析

試驗待機組停用后，上層油溫下降穩(wěn)定以后進行試驗；分別記錄2組冷卻器運行和1組冷卻器運行的數(shù)據(jù)。

部分試驗相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計如下圖1所示。

4 冷卻器改進的分析及效益

試驗情況表明機組停用后1組冷卻器運行均可以滿足主變冷卻需要，溫升在30K作右。

實際試驗記錄的上層油溫溫升要低于計算值，分析三種可能原因，停用的冷卻器有自然對流，有一定散熱效果；當使用一組冷卻器時，油溫較投用3組冷卻器要高，油粘度減少，散熱效果提升。當使用一組冷卻器時，油溫較投用3組冷卻器要高，油溫與空氣溫度溫差大，原計算的換熱系數(shù)為穩(wěn)態(tài)情況下數(shù)值，現(xiàn)油管壁溫差提高后，換熱系數(shù)也隨之提高。

為保證機組主變油溫在正常運行范圍內(nèi)措施：

（1）7、8月份月平均環(huán)境溫度最高接近40度，溫升可超過65℃，為避免輔助冷卻風扇頻繁啟停，投用2組冷卻器在運行位置，2組輔助，1組備用。

（2）在其他月份或環(huán)境溫度低于35℃，投用1組冷卻器在運行位置，3組輔助，1組備用，可滿足運行需要。

（3）修改依據(jù)主變負荷電流啟動輔助冷卻風扇條件，將負荷電流大于額度電流70%修改至5%，確保機組在并網(wǎng)后有4組風扇運行，避免過晚啟動冷卻風扇。

根據(jù)1號機5年來7、8月份平均停用498h，其他月份總計4857h，按下網(wǎng)電價0.5968計算，全年可節(jié)約電量6.74萬千瓦時，單臺機組可節(jié)省4.022萬元。具有良好效益。