寒冷地区主变压器冷却系统控制方式优化探讨

寒冷地区主变压器冷却系统控制方式优化探讨

董洪涛 温常富

建投遵化热电有限责任公司 (064200)

【摘 要】：对于我国东北部严寒地区的发电企业，在负荷较低或冬季寒冷的季节，变压器油温过低，年平均气温在-1℃，冬季时间较长。由于变压器因油温过低，可能对变压器绝缘及潜油泵造成损坏，这对变压器的安全运行和寿命将是十分不利的，工作组冷却器的全部投入运行又不节能。本文探讨通过对油循环冷却装置控制回路改进，合理安排油泵和工作组冷却器运行方式，达到合理控制变压器油温和安全、节能目的。

【关键词】：主变冷却器 优化 节能

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1  概述

1.1气候条件

某严寒地区是我国最高纬度地区之一，寒温带和中温带大陆气候特点显著。年平均气温为-5℃～2℃，无霜期85～155天，年降水300～500mm,属于半干旱区。年气候总特征为：冬季寒冷漫长，夏季温暖短促，春季干燥风大，秋季气温骤降霜冻早。热量不足，无霜期短，年温差、昼夜温差大。某火力发电厂所在地年平均温度为-1.0℃，1月平均温度为-26.2℃，极端天气下现场实测达到-50℃。典型年零度以下出现的小时数为3912小时、约占全年的45%，属于典型的高寒地区。

1.2机组基本状况

发电厂一期2×600MW机组，发电机采用上海电气集团股份有限公司生产的QFSN-600-2型氢冷发电机。主变由常州东芝设计制造，型号为：SFP-720000/500；容量：SN＝720/720MVA；电压组合：550±2×2.5％/20kV；联接组别：YnD11；短路阻抗（实测值）Uk:14.65％（＃1主变）、14.74％（＃2主变）。

两台机组以500kV交流双回输电线路（交流输电线路总长度约139.5km），通过直流换流站送入东北电网负荷中心。

机组主变冷却方式为强油风冷冷却，配置七组冷却器，每组包括一台潜油泵和3台风扇。

2 运行方式优化的意义

2.1 提高电力变压器运行稳定性和供电可靠性

大型变压器是电网中的核心设备，是变电系统中的主设备，其能否安全运行，关系到电网的安危。在正常运行时，由于变压器的空载损耗和负载损耗会产生大量的热量，变压器的油温会随着变压器负载的增加而上升，为保证变压器油温不超过变压器绝缘所允许的温度（A级绝缘最高允许105℃），必须采取有效的方式进行冷却。否则内部产生的热量无法传送出去，温升将超过允许范围，绝缘迅速老化，使用年限大大缩短（当绝缘在超出范围高温下使用时，温度每升高8℃，使用寿命缩短一半），甚至无法运行。

机组负荷随电网参数的变化也随时都在发生变化。主变压器所带负荷在50%～100%之间多次变化，这将使变压器的损耗也随之发生变化，从而造成变压器油温的变化；另外不管是四季环境气温的变化，昼夜气温的变化，均对变压器油温产生影响，变压器油温的频繁和大幅度变化，将对变压器的安全、经济运行和使用寿命产生较大的影响。因此对变压器实施温度控制是极其必要的。

大容量主变压器采用强迫油循环风冷方式的运行特点是：根据变压器容量的大小，配置数组风冷油循环冷却装置，每组风冷油循冷却装置由1台油泵和2～3台风扇组成。运行中为满足变压器的各种运行工况，常规的运行方式要求冷却器1组备用(运行冷却器故障时可自动投入运行)、1组辅助(变压器负荷电流大于70%Ie或上层油温高于某一定值时自动投入运行)、其余所有冷却器（称工作组冷却器）全部投入运行。然而此种运行方式有其不尽人意的地方。引起变压器运行中整体温度变化的原因主要有变压器的损耗和环境气温的影响。变压器损耗包括变压器的空载损耗和负载损耗，其空载损耗在变压器投运后就一直存在，负载损耗则随变压器所带负荷的大小而改变，变压器负载越大，则损耗越多，变压器的温升就越高；负载变化越大，变压器的温度变化就越大。

此电厂所在地区属高寒地带，年平均气温在-1℃，冬季寒冷并且时间较长，在负荷较低或冬季寒冷季节，可能导致变压器油温过低或油温频繁、大幅度波动，由于变压器油温过低，不得不对其进行加油，同时油温过低时变压器油粘稠有造成潜油泵过载跳闸甚至烧损的风险，这些对变压器的安全运行和寿命都将是十分不利的。因此有必要对油循环冷却装置控制回路改进，合理安排油泵和工作组冷却器运行方式，从而到达合理控制变压器油温和节能降耗目的。

2.2 节能降耗，减少厂用电量

目前我国大型电力变压器的冷却装置配置情况是：根据变压器容量的大小，配置数组强油循环风冷却器，控制冷却器组数为3-8组。对于冷却器为200KW、250KW时每组冷却器用2台风扇电机和一台潜油泵电机；对于冷却器为315KW时，每组冷却器用3台风扇和一台油泵电机。运行中为满足变压器的各种运行工况，一般要求冷却器1组备用、1组辅助、其余为工作组冷却器全部投入运行（或根据现场情况和环境条件适当调整，但不少于2组运行）。

对于北方运行的冷却器，在室外温度较低时，就可能造成冷却量大于变压器发热量的情况，这种不平衡造成了电能的浪费，增加了厂用电量。油温过低也对变压器绝缘造成威胁，变压器正常运行温度在60度左右为最佳，最高应不超过75度。

对电厂2台主变压器冷却系统控制回路改造，在冬季等寒冷季节，通过冷却器油泵运行风扇停用，强油循环自然风冷的方式使变压器散热，在春秋季节结合环境温度，合理调配冷却器组数和风扇电机运行方式，调节控制变压器温度，降低冷却器风扇电机能耗，达到节能降耗的目标。

3 冷却器控制回路改造方案

在保证变压器可靠安全稳定运行的情况下，对变压器冷却器的运行方式进行优化，达到节能措施。根据此电厂主变冷却器现有控制回路及其现场设备安装条件等实际状况，并结合调研情况，确定主变冷却

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器控制回路技改思路为：利用变压器目前具有冷却器控制回路，将潜油泵与风扇电机的控制回路分开控制，达到在室外温度较低时（秋季、冬季、春季、）可只起动潜油泵，通过强油循环自然风冷使变压器散热。冷却器控制通常采用4＋1＋1＋1配置，即4组设置为工作、1组为一级辅助、1组为二级辅助、1组备用，以上可按现场控制需要通过选择开关SC1－SC7任意设置各冷却器的工作状态（工作、辅助1、辅助2、备用）。利用变压器目前具有冷却器控制回路，将潜油泵与风扇电机的控制回路分开控制。冷却器潜油泵和风扇电机分别控制回路改造示意如图1所示。主变冷却系控制回路中每组冷却器分控箱三个风扇原接线方式为热继电器——端子排——电机，改造后只需在每组冷却器分控箱内的每个冷却风扇电机热继电器负荷侧增加C6A的一个三极空开，将原接电机电源的端子排拆除更换为空开即可，并将接线方式改变为：热继电器——空气开关——电机。从左到右三个空开编号为Qn1、Qn2、Qn3（n代表冷却器的序号），分别控制每组冷却器从上到下三个风扇。这样将风扇电机电源分离开来，可实现风扇之间以及风扇与潜油泵之间的分开控制，根据天气和负荷情况人工进行Qn1～Qn3投切，并且无需改动控制回路，简单可靠，各组冷却器的投入使用方式和回路保持不变，运行方式比较灵活。

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图1 主变冷却器潜油泵和风扇电机分别控制回路图（红色为改造所加空开）

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3 改进后效果

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此电厂所处地区冬季寒冷并且时间较长，在冬季气温较低时，可视环境温度和负荷情况进行冷却风扇电机的投退，方式比较灵活，同时在气温极低时（例如每年11月末至次年2月份时），可只起动潜油泵而停运冷却风扇，到达合理控制变压器油温和节能目的，同时有助于主变的安全稳定运行。冷却系统优化后，如每台主变停用一组冷却器的风扇电机，2台主变，每天可节约用电为18kW×24(h)＝432（kWh）度，每月可节约432×30＝1.296万（kWh）度，按照每年可有二分之一时间停用一组冷却器，其年节能效果为7.776万度电。由于极寒天气较多，实际上可以停用风扇电机的冷却器可能不止一组，这样节约的电能将更加可观。

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表一 电厂主变压器冷却器情况统计

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4 结论

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通过上述分析可以看出，通过主变冷却器控制回路改造和运行方式优化，能够维持主变油温正常，保证主变的安全稳定运行，而且能够节约大量电能，降低供电煤耗和综合厂用电率。目前，包括发电企业在内的很多工矿企业的大型机电设备因为工艺生产和运行方式的原因存在着能耗较高的现象。据统计，其节电率经过专业节能改造后，在不影响正常生产的情况下大都在20%以上，综合国家众多的工矿企业这将是一笔巨大的能源财富。合理用电，节约用电，已经成为节能减排工作中的重中之重，同时对于降低化石能源消耗，减少温室气体排放，建设资源节约型和环境友好型现代企业和提高整体经济效益具有重要作用。

参考文献

[1]高剑英,季素琼.渔站主变冷却器控制系统的应用分析[J].广东科技,2013,22(12):98+90.

[2]王菊芬,孟浩龙.变压器油流带电现象[J].高电压技术,2008(05):878-882.

[4]金世荣.牡丹江第二发电厂主变冷却器改造[J].中国电力教育,2006(S3):257-258.

作者简介：

[1]董洪涛，男，就职于河北建设投资集团有限责任公司。

[2]温常富，男，目前在建投遵化热电有限责任公司主持设备管理工作。通讯地址：河北省唐山市遵化市新店子镇建投遵化热电有限责任公司

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