220KV变压器冷却系统技术改进

一、 220KV 1号变压器冷却系统运行概况

我省花山变电站220KV变压站1号主变是90年代的产品，至今己运行了20多年。2003年，该主变经过技术改进从无载调压改为有载调压。经多年的运行，该变压器冷却系统逐渐暴露出一系列问题：冷却系统冷却效率下降，造成变压器本体油温偏高，同比2号主变上层油温要高9至10摄氏度;潜油泵、风扇电机进入故障高发阶段，冷却系统渗漏油缺陷较多等。近几年来，冷却系统的缺陷每年达十多次，严重影响主变的安全可靠运行，同时，增加了检修工作量。潜油泵烧坏还导致主变压器本体油中有微量乙炔;冷却系统风扇噪音过大，1号主变又靠近主控制室，恶化了值班人员的工作环境。

二、冷却系统改进经过

2.1冷却系统改进后应达到的要求

冷却系统改进后，当变压器满负荷运行时，环境温度为+40。C时，主变压器上层油温不超过+70。C，上层油温不大于30K，冷却系统总噪声要比原来噪声有大的降低。

2.2冷却器型号及组数的确定

1号主变压器有关技术参数：型号OSFPSZ7—120000/220，产品代号1CB710。001，冷却方式ODAF，负载损耗Pg-z=312.64KW、Pg-d=260.6KW、Pz-d=361.77KW，空载损耗Po=49.13KW。

原来采用七组YF—120型冷却器，沿变压器长轴方向布置，面对变压器高压侧右边三组，左边四组。改造后的冷却系统准备使用YF1—200型冷却器，所需冷却器数量计算如下：

(1) Ng-z=1.15P1/KQ+1(备用)=1.15X(312.64+49.13)/0.8X200+1=2.6+1=3.6(组)

(2) Ng-d=1.15P2/KQ+1(备用)=1.15X(260.6+49.13)/0.8X200+1=2.2+1=3.2(组)

(3) Nz-d=1.15P3KQ+1(备用)=1.15X(361.77+49.13)/0.8X200+1=2.95+1=3.95(组)=4组.

注：P—总损耗KW(P1=Pg-z+Po、P2=Pg-d+Po、P3=Pz-d+Po)

Q—冷却器的标称冷却容量KW。

K—为修正系统：考虑该变电站的海拔高度大于1000M及夏季环境最高温度为40*C1号主变最高上层油温为70*C取K=0.8。

根据以上计算结果，决定选用四组YF1—200型冷却器来进行冷却系统改造。冷却器布置方式与原来的保持不变，即在主变长轴方向两边各摆放两组冷却器，每两组冷却器采用一组集中支架，用φ125管道将集中支架与主变油箱进行连接。

2.3冷却系统改造效果理论计算

2.3.1原冷却系统理想工作状况点的确定

通过冷却系统阻力与潜油泵流量的关系曲线及潜油泵的扬程特性曲线可以确定冷却系统的理想工作状况点。改造前冷却系统的布置方式为面对高压侧在主变的长轴方向左侧集中摆放四组YF—120型冷却器，右侧集中摆放三组YF—120型冷却器，共计七组YF—120型冷却器对主变进行冷却。以左边四组集中冷却器为依据进行阻力计算(忽略主变本体内部阻力)。每组YF—120冷却器参考油流量选为Ql=40m³/h;四组冷却器总油流量为Q=4X40=160m³/h，由主变到四组集中冷却器的管道为两进两出，管道公称口径为Φ125，得出每根管道的流量为80m³/h。经过计算可得出系统阻力ΔP与每根管道总流量Q′V1的关系为(计算过程略)：

Δ P1=1.643X10Q′Vl

根据上式可得出系统阻力ΔP1、每根管道总流量Q′v1及单只油泵流量Qvl的关系如表1所示

由表一数据绘出系统阻力ΔP1与油泵流量QVl的关系曲线,与所用的潜油泵(QB40—160/3.0T)的扬程特性曲线就可以确定原YF—120型冷却系统的理想工作状况点为G1(忽略主变本体内部阻力)，见图1，(图中红色数字和曲线所表示的图形)。

当四组YF—120冷却器一侧的冷却器全部运行时每组冷却器理想工作流量为G1=49.6m³/h，根据“强油风冷却器的选用及计算”查得YF—120的参考冷却容量为110KW。

2.3.2 改造后冷却系统理想工作状况点的确定

按照改造后方式，以主变一侧两组集中冷却器为依据进行阻力计算(忽略主变本体内部阻力)。每组YF1—200型冷却器参考油流量选为Q′12=80m³/h，两组冷却器总油流量为Q=2X80=160m³/h。由主变到两组集中冷却器的管道为两进两出，管道公称口径为Φ150，得出每根管道的流量为80m³/h，经过计算可得出系统阻力ΔP1与每根管道总流量Q′Vl的关系为(计算过程略)：

Δ P1=5.8X10﹣³Q′²Vl

根据上式可得出系统ΔP2、每根管道总流量Q′Vl及油泵流量QVl的关系如表2所示。

由表二数据绘出系统阻力ΔP2与油泵流量QVl的关系线，与备选潜油泵(6BP135—4.6/3V及6BP80—4.5/2.2V)的扬程特性曲线就可以确定改造后的YF1—200型冷却系统的理想工作状况点分别为G2、G3(忽略主变本体内部阻力)，见图二。(见图中黑色线表示的曲线)

当变压器一侧的两组YF1—200冷却器全部运行时，每组冷却器理想工作流量分别为：

G2=99.1m³/h; G3=85.8m³/h

2.3.3潜油泵的选择

根据阻力计算结果，改造前后主变到集中支架之间的管道油流量均为80m³/h，改造前后管道的阻力分别为11.615KPa和5.56757KPa(计算过程略)。可以看出改造前的阻力偏高是由于管道系统中存在两个直角弯管。另外从阻力特性线图1、图2的对比看出，改造后比改造前的阻力要低。

由阻力特性曲线图2得出(在同等条件理想状态下)：使用6PB135—4.5/2.2V油泵时,油流量为85.8m³/h;使用6PB135—4.6/3V油泵时，油流量为99.1m³/h;如考虑主变内部阻力，6PB80—4.5/2.2V油泵油流量会更低,不能充分发挥冷却器的冷却能力。只有采用6PB135—4.6/3V油泵才是最隹选择，因该油泵的扬程特性比较平稳，能较好的发挥冷却器的冷却能力。

2.3.4实施改造后主变油平均温升的理论计算

改造后变压器冷却系统正常运行时YF1—200型冷却器投入数量N=3组，环境最高温度T1=40ºC，主变压器顶层油温T2=70ºC，主变压器总损耗(取负载损耗最大一组)P3=361.77+49.13=410.9KW，每组冷却器所承担的冷却容量：

Q′=P3/N=410.9/3=136.97KW

考虑主变压器内部阻力的情况，每组冷却器的油流量应在60—100m³/h之间变化。YF1—200型冷却器的传热系数为，当油流量为60m³/h时，传热系数Kl=5.898W/K;当油流量为100m³/h时，传热系数Kn=6.5618W/K。

油平均温升理论计算为：油流量为60m³/h时

ΔT1=Q′/Kl=136.97/5.898=23.22(K)

油流量为100m³h时：

ΔTn=Q′/Kn=136.97/5.5618=24.627(K)

由此可以确定：根据冷却系统所在环境最高+40ºC，主变压器顶层油温+70ºC时，要求的温升为30K，经冷却器温升计算数值均小于30K;故选用四组YF1—200型冷却器(两组工作、一组辅肋、一组备用)，因此,选用6PB135—4.6/3V油泵，对主变压器冷却系统进行改造是可行的。

三、冷却器改造的实施及效果

2010年2月按上述方案对变压器冷却系统进行了改造，利用这次冷却系统改造的停电机会,还进行了变压器大修，冷却系统改造后,效果较好。通过改造前后1、2号主变上层油温对比可以看出(见表3)，改造前1号主变上层油温同比2号主变要高出5—9ºC，改造后1号主变压器上层油温反而比2号主变压器低1—6ºC;在改造后两个月运行期间变压器带80MW负荷，变压器上层油温不超过40ºC，温升小于20ºC;冷却系统改造后，1号主变压器场地及附近的主控制室噪声大大降低，改变了运行值班人员的工作环境，彻底消除了原冷却系统风扇电机、油泵电机故障率高，渗漏油缺陷频发等安全隐患。

四、结 束 语

通过花山变电站220KV 1号主变压器冷却系统改进的实践，使我们学到了如何正确的掌握改造变压器冷却系统的技能和计算，保证了变电站的正常工作和运行，提高了变压器的使用效率和使用寿命，节省了变电站设备投资。同时，为国内同类变压器冷却系统进行技术改造提供了参考和借鉴。