强制油循环变压器冷却水系统的改造

云南电网有限责任公司昆明供电局 陈振江 韦瑞峰 何政宇 龚 晟 朱宇龙

变压器运行时严禁变压器漏电，否则有爆炸的危险。因此循环水系统通道的压力应比工作压力高0.05MPa 左右。即循环水系统通道内的压力应保持在0.05MPa 左右。如果冷却器泄漏，使变压器油远离水，只有油不能进入水中才能避免爆炸。油系统在油泵的帮助下强制循环，确保蒸汽工作压力的均匀运动。最初，供水系统将家庭用水直接送入冷却器，但现在自来水中的大部分压力都不稳定，最高压力可达0.3MPa，压差可超过0.2MPa，蒸汽不保证。

1 变压器冷却系统改造的必要性

变压器冷却系统的更新换代势在必行。1990年代后期交付的所有变压器冷却系统都是在1960年代设计的，其设计、原材料和制造工艺相对滞后。经过10多年的运行部分散热量已降至设计值的50%，渗水、渗油更加严重，常见问题频发。20世纪末至1990年代，采用国外许多先进技术（风冷、片式散热器、控制箱、油管、蝶阀等）开发新型冷却系统。技术参数和特性有可能达到今天的国外类似的产品级别[1]。

变压器的自冷能力增强。由于变压器强制油循环系统风冷系统的结构限制，自冷散热能力很低（通常小于10%），对配电设备造成严重影响。轧制油、对流换热、散热的合理布置，采用新型耐油、低摩擦的散热器风冷系统，提高变压器的基因处理能力和职业事故能力。

维修工作量降低。变压器强制油循环系统的风冷系统需要对软件系统进行多次人工操作和维护，如关闭冲洗电源、拆卸离心风机、深潜油泵等。使用芯片散热器可节省大量工作，潜水泵的重要易碎和有缺陷的零件将从油道中取出，鼓风机位于集成IC 热管散热器下方，变压器持续维护，便于维护；噪音少，满足环保要求。在带有集成IC 热管散热器的圆形变压器布局中，当风扇单元安装在下方时，整体变压器噪声为70dB、68dB、65dB（离心风扇噪声水平和风扇变压器本身）；降低辅机效率。新的冷却系统采用28×PC2800-30/460芯片散热器，炉内辅助设备损耗为14×0.55=7.7kW。原冷却系统采用6×200kW空冷器，锅炉辅助设备损耗为（2×1.5）×6=18kW，改造后锅炉辅机损失降低71.48%。

2 水冷变压器冷却系统原理及优缺点分析

水冷式冷却变压器冷却水箱内没有安装热管，但在变压器外部更新了油/水传热系统和水/空气传热系统。一般油/水热交换系统建在主变层地下，水/空气热交换系统建在地下。水油热交换系统包括油泵、油分离器、排油表、水冷却器等。水冷却器内部为循环水系统，外部根据变压器使油旋转，循环水系统从油中吸收热量，对轧制油进行冷却。变压器顶部的轧制油由油泵抽出、经水冷却器冷却，然后从油箱底部流入变压器对变压器铁芯和绕组进行冷却。水油热交换系统包括离心水泵、水流量计、离心风机、保湿供水设备。循环水系统用完变压器热油的热量后温度升高，循环水泵对循环水系统加压送至地面，离心风机冷却循环水控制回路[2]。

水的除热效率高于气体，与强制油循环风冷相比，同等热量、原料/电耗、成本低、冰箱数量、维护量可显著减少。正确放置风扇旁路变压器，HR无风扇噪音，这有助于识别变压器整个运行过程中的异常噪声。水对空气传热系统软件通常处于底部，需要立即进行额外的维护工作，例如日晒或雨淋，但需立即添加汽车的防冻液以进行下一次维护工作，需要补充、保湿和清洁是重中之重。此外，水冷系统结构复杂，离心水泵、油泵长期超负荷运行，存在很多普遍的运行问题。220kV 主变压器的物理寿命可达40年，我国变压器的使用寿命约为20年，水冷系统整体运行周期时间短，无法确定变压器的使用寿命。

3 冷却系统安全运行分析及风险控制措施

3.1 冷却系统工作模式定期轮换

在油/水热交换器系统软件中，跟随操纵杆选择油/水和水/空气热交换器系统中冷却器的实际运行情况。当工作部件冷却器达到变压器的最高温度时一切正常。在65℃时冷却器的辅助部分自动启动，最高温度返回55℃。如果冷却器的工作部分出现问题，冷却器的凹陷部分会自动插入。对于水/空气热交换系统软件：一些正在运行的冷却器运行正常，当循环水系统温度达到60℃时，辅助1热管自动运行散热恢复温度高达50℃。当循环水系统温度达到70℃时，辅助二次热管冷却自动启动并修复至60℃。油/水和水/空气传热系统软件的运行模式应每月轮换一次，以保证水冷系统的实际冷却效果和使用寿命。旋转工作完成后，需要检查运行中的冷却器和热管的冷却指标是否正常。

3.2 风冷全停

用于驱动油循环的变压器绕组的温度范围为80～140℃，温度每升高6℃电缆护套的老化速度增加一倍，电缆护套的寿命缩短，温度升高时各1/2。当变压器冷却器完全下降时变压器的温度急剧上升，这与主变压器的负载因数呈正相关，负载越重温升越大。此时如果不能立即停止变压器，可能会严重损坏变压器的电缆护套。因此变压器的风冷控制回路提高了冷水机组停机维护的完整性，维护了变压器的电缆护套，延长了其使用寿命。

在水冷变压器全面运行期间，冷却系统异常警报通常包括油/水冷开关电源电路的常见问题、常见的油/水冷却器故障和水/空冷器开关电源电路一般故障、离心风机开关电源电路一般故障、离心风机一般故障、冷却器完全停机、水流异常报警、漏油异常报警、低水位报警等数据信号，维修公司应意识到冷却器完全关闭引起的问题，变压器停运的一个常见问题是提高运行期间完全风冷停运的风险防范。近年来，电路系统各种软件问题、冷却器完全停机、电网大、中、小型变压器投切等安全生产事故屡见不鲜[3]。

3.3 冷却系统周期性检修工作

冷却系统的正常运行是否是主变可靠运行的重要隐患？为大、中、小型主变压器分配和维护水冷系统，保证水冷系统各部件工业设备的使用寿命。重要项目包括清洁内部机械和设备，采用强制油循环冷却和循环水溶液的变压器在正常运行过程中，循环水系统中不得含有对钢材有害的化学腐蚀性物质，因此须严格检查冷却水的水质。如水冷系统出现问题需准备好进行维修。

3.4 水冷系统排气工作

在水冷系统正常运行时，须注意保证水-油热交换器的排气管工作正常。当水蒸气在循环水系统中积聚时，水流量计挡板感应线圈内的水流压力发生变化，水流量计指针频繁振动。因此，水冷系统的排气管必须按时运行，以防止内部大量水蒸气的积聚。水冷系统排气管的施工是通过特殊工艺完成的，需要多种管理方法来选择排气管循环系统的正时。对于带自动放气阀的水冷式散热器，建议每6个月检查一次排气管内的水位线。对于没有自动放气阀的水冷式散热器，建议检查排气管中的水位线，管道应每月检查一次。根据电网水冷冷却变压器的实际运行经验，至少需要排空离心水泵、水流量计、水油电源开关、水维护等两套冷却系统。

综上，大城市电网的可靠运行不仅是配电设备公司的经济效益，也是配电设备公司的社会责任。城市经济的快速发展和当地环境的管理，明确主张重新确认变电站总体规划。由于运行中的水冷冷却变压器数量相对有限、运行经验较少，对主变水冷系统进行讨论和分析是一项长期而艰巨的任务。