220kV变压器风冷却系统改造分析

【摘 要】冷却系统是电力变压器的重要组件之一，承担着将变压器运行中产生的热量散发出去的作用，随着变压器运行年限加长，冷却系统的冷却效率下降，不能满足变压器正常运行要求，故需要对变压器冷却系统进行优化改造。

【关键词】变压器；风冷却系统；改造

1 概述

新安江电厂01、02号主变于2001年投运，型号为SFP9-300000/220，容量300MVA，原配套有型号LK210风冷却器5台，冷却方式为OFAF。每台主变带3台发电机组，经过机组增容改造之后，每台发电机组容量已由原来的85MW增容至95MW，主变容量已显不足。

01、02号主变安装时，由于当时国内大型变压器设计和制造水平较低，主变选用强油风冷却方式，设计温升值就较大，使得主变投运后正常运行油温较高，再加上运行后发现的一些问题（如冷却器密封件破损引起的冷却器效率明显下降，漏磁引起的局部区域涡流发热等），对主变的长期安全稳定运行造成了影响。

2010年夏季以来，2台主变已数次出现油温报警（85℃），绕组温度报警（90℃），给主变安全运行带来较大隐患，主变运行温度偏高的问题亟待解决。

基于以上原因，2011年12月，对新安江电厂02号主变冷却系统实施优化，2012年10月，对01号主变冷却系统进行优化。下面，结合01、02号主变冷却系统更新改造工作，对变压器冷却系统改造的设计、施工及效果等进行探讨。

2 冷却装置的选择

目前变压器冷却装置普遍采用风冷及水冷两种方式，根据本厂实际情况对此进行比较分析：

2.1 水冷却方式

优点：（1）现有水冷却器无论是制造工艺还是产品质量相比较老产品都有大幅提高。（2）电厂库区水温常年保持在20度以下，是很好的冷却介质。可以充分利用库区优质水源，采用水冷却的方式，彻底解决变压器油顶层温度过高的问题。

缺点：（1）整个项目投资较大。水冷却器及其配套的相关附件如：油泵、油流计、水流计、泄露仪、压力计等均为进口部件。造价较高，零附件的备货期较长。（2）整套水系统的维护工作量比较大。水系统中大量的泵、阀、及管路存在泄漏隐患，同时大量的附件需要现场监控，增加PLC控制的难度。（3）系统需要两个大容量的水池。新安江电厂坝顶为景观区，现场没有足够大的空间建造水池，实施困难。

2.2 风冷却方式

优点：（1）新型风冷却器制造工艺大幅提高，坚固耐用的同时享有较长的使用寿命。（2）新型冷却器所配风机，产品性能、噪音等方面相比国内同类产品具有很大优势。所配油泵为径向轴流泵，该泵长期工作都不用维护。

缺点：相对水冷，风冷效果不理想。

经过对比分析，本项目决定仍旧采用风冷方案。

3 冷却装置改造理论

变压器损耗：空载损耗105.4kW，负载损耗643.8kW；

总损耗：105.4+643.8=749.2kW；

冷却器个数：4+1（备用）。

原冷却器单只冷却器容量210kW，工作流量75m3/h，进出口风温20/39.3℃，进出口油温60/54℃。

新冷却器：单只冷却容量315kW，工作流量120m3/h，进出口油温60/54.4℃，进出口风温：20/44℃。

新冷却器在冷却容量、效率、散热能力等方面比原冷却器均有很大提高。

通过厂家对冷却系统建模分析，结果进行对比如下：

优化前冷却系统计算结果：

油顶层温升：40K

绕组温升：高压：55.7K ，低压：57.2K。

优化后冷却系统计算结果：

油顶层温升：22.5K

绕组温升：高压：41.6K ，低压：42.4K。

可见，经过本次冷却系统更新改造后，预期的温度改善值：17.5K（顶层），14.1K（高压绕组），14.8（低压绕组）。

4 改造实施

每组新冷却器配置吹风装置3套。具体方案如下：

（1）冷却器外移，下端保持在原高度位置；

（2）上部汇流管重新制作，保持在原位置；汇流管保留两个端部以及中间的温差管；

（3）重新制作上部汇流管到冷却器的连管（带两边DN150蝶阀法兰）；

（4）重新制作本体下方到冷却器的连管（带两边DN150蝶阀法兰）；

（5）重新制作“刀劈”支撑，为确保冷却器稳定可靠，重新制作落地支撑；

（6）采用低转速电机。

与原冷却系统相比主要进行如下改进：

（1）新冷却器每组均增加一台吹风装置，整体高度有所增加，为保证足够的安全距离，将新冷却器向外移动并重新配管。

原冷却器型号LK210，改造后为LKSAS-1*315/40，并将新冷却器向外移约360mm，下端保持在原高度位置。

（2）增加下部汇流管，以保证任一台冷却器启动时，下部从五个进油口均匀进油，改善本体内部温度不均匀度。

（3）优化冷却器控制系统，更新控制柜，主变现场增加应急控制电源箱，提高冷却系统可靠性，当出现极端情况，控制柜双路电源均失去，仍能通过应急控制电源箱快速手动投入独立备用电源，保证冷却系统运行。

5 效果验证

（1）2011年12月，首先实施了新安江02号主变冷却系统更新，为验证效果，2012年上半年机组满发状态下，对改造后的02号主变与改造前的01号主变运行情况进行了对比测试，在主变冷却器正常运行情况下，使用新冷却系统的02号主变运行油温比01号主变低5℃左右。

（2）为进一步验证改造效果，2012年夏季，新安江电厂通过巡检测温再次进行对比，发现在最高环温最大负荷的情况下，改造后主变顶层油温降低了10℃以上，冷却能力达到了预期效果。

6 结语

（1）冷却系统更新后，单台冷却容量由原215kW增加至315kW，冷却容量大大提高，变压器运行油温明显降低，延长了变压器绝缘老化时间，提高了变压器的使用寿命，同时，因油温降低，变压器损耗也有所降低，降低了运行成本。

（2）通过增加冷却器底部汇流管，冷却器下部由原来的直接进入变压器本体改为经汇流管进入本体，将原单点进油优化为多点进油，提高了本体内油温均匀程度，主变本体两侧油温差明显缩小，变压器局部过热可能大为降低。

（3）变压器冷却器由向内吹风改为向外吹风后，冷却器易吸入异物的固有缺陷得到了根本改善，维护工作量大为减少。

（4）新安江电厂采用三机一变接线方式，每台主变均承担三台机的送出任务，主变寿命的提高保证了机组所发电力的可靠送出。

（5）现地增加应急电源控制箱，即使配电室因特殊原因完全失去电源（如着火），运行人员仍可在现地快速手动投入独立备用电源，保证主变冷却系统运行，避免了因电源丢失无法投入冷却器而造成的主变被迫停运事故。

作者简介：

叶友卫（1985-），男，本科，助理工程师，主要从事水电厂变电检修工作。

王晓宏（1961-），男，本科，工程师，主要从事水电厂机电检修管理工作。