电力变压器温升与冷却装置改造的技术经济分析.pdf

58 第 4 2卷第 1 期 2 0 0 6年 2月 高岳圣譬 Hi g h Vo l t a g e App a r a t u s V0 1 ． 4 2 No ． 1 F e b ．2 o o 6 文章编号 1 0 0 1 1 6 0 9 2 0 0 6 0 1 - 0 0 5 8 一 O 2 电力变压器温升与冷却装置改造的技术经济分析 成 日常 - - ， 袁建华 ， 梁 玉 2 ， 孙志远 2 ， 司志涛 1 ．山东理T大学 电气与 电子 程学院 ，山东 淄博 2 5 5 0 0 0 ；2 ．淄博供 电公司 ，山东 淄博 2 5 5 0 3 2 Th e Ec o n o mi c a n d Te c h n i c a l An a l y s i s o f Ame l i o r a t i o n i n P o we r Tr a n s f o r me r Te mp e r a t u r e Ri s i n g a n d Co o l i n g De v i c e XI AN Ri c h a n g - ，YUAN J i a n h u a ，L I ANG Yu ，S UN Z h i ‘ y u a n ，S I Z h i t a o 1 ． I n s t i t u t e o f E l e c t r o n i c E n g i n e e ri n g o f S h a n d o n g U n i v e L s i t y o f F e c h n o l o g y ，Z i b o 2 5 5 0 0 0 ，C h i n a 2 ． Z i b o P o w e r S u p p l y C o r p o r a t i o n ，Z i b o 2 5 5 0 3 2 ，C h i n a 摘要 通 过分 析电力 变压器 对散热和温升 的控制要 求 ， 结 合 一 台变压器 的冷却装 置更换 改造 实例 ， 对新 旧冷却装 置降低 电力变压器 温升 ， 提 高负载 能力 。 节约 电能损耗等 进行技 术 经济 的对 比分析 关键 词 电力变压器 ；温升 ；冷 却装置 ；改造 ；分析 中图分类号 T M 4 5 1 文献标识码 B Ab s t r a c t I n t h i s p a p e r ，t h e r e q u i r e me n t s o f p o we r t r a n s f o r me r t o c o o l i n g a n d t e mp e r a t u r e ri s i n g a r e a n a l y z e d ． As a p r a c t i c a l e x a mp l e ， t h e c o o l i n g d e v i c e o f a p o we r t r a n s f o rm e r i s u p d a t e d ．T h e n e w a n d o l d c o o l i n g d e v i c e s a r e a n a l y z e d c o mp a r a t i v e l y i n r e d u c i n g t h e t r a n s f o r me r t e mp e r a t u r e r i s e ，i n c r e a s i n g t h e p o w e r l o a d i n g a n d r e d u c i n g t h e p o we r l o s s ． Ke y wo r d s p o w e r t r a n s f o rm e r ；t e mp e r a t u r e r i s e ； c o o l i n g d e v i c e ；a me l i o r a t i o n ；a n a l y s i s 1 引言 电力变压器在实际运行过程 中．由于各线圈导 体 电流的流动和电磁场的存在 ， 会产生电能损耗 ， 主 要是负载损耗 、 空载损耗和附加损耗。 虽然电力变压 器的效率非常高 ．现运行的电力变压器的效率一般 都在 9 9 ％以上， 但变压器由于转换的功率大 ， 产生的 损耗也就非常客观，大型电力变压器往往可 以达到 数十到几百千瓦 这些损耗都将转换成强大的热能 向外扩散 这些热能以传导 、 对流和辐射的形式 ， 在 变压器的铁心 、 线圈 、 金属夹件及变压器油 、 变压器 外壳及其本体周 围空气中传递 。使各部位的温度不 同程度升高。 中小型变压器由于损耗小 ， 一般靠油箱 本身或在箱壁上装设散热片 、 散热管 ， 通过变压器油 靠 自然对流和辐射 的方式把 热量散到周 围空气 中 去， 这种冷却方式为油浸 自冷式。 但随着变压器容量 的增大 ①漏磁通增大， 相应杂散损耗增加； ②变压 器的尺寸和容量增加并不成 比例 造成局部杂散损 耗增加 ③大容量变压器电流大 ， 特别是低压绕组各 并联导线间有循环电流通过 ．也相应增加附加损耗 等 。 因此 ， 电力变压器产生热量的散发难度随体积和 容量的增大而增大 ， 必须采取 附加散热措施 ， 采取风 扇 电机对散热器吹风的冷却方式 为油浸风冷式 在 大型电力变压器铁心和绕组 中设置油流通道 ．在循 环油路中装设油泵 ．通过加速油的流动将热量带出 的冷却方式为强迫油循环风冷式。 目前 ． 电力系统中运行 的 2 2 0 k V变压器的冷却 方式大部分为强迫油循环风冷式 ． 2 O世纪 9 O年代 前 出厂的产品大都采用多冷却器 、 高速油泵 大于 1 5 0 0 r ／ mi n 结构 ， 随着使用年 限延长 ， 发生螺旋管 渗漏油 、 散热管翘片被灰尘杂物堵塞、 风扇 电机叶片 变形 、 密封环节多、 渗漏点多等问题 ， 难以彻底处理， 导致冷却性能大幅度下降．使 电力变压器的运行温 度提高 ． 影响变压器额定负载水平 ； 同时采用的高速 油泵容易引起油流带 电现象 ．不符合国家电网公 司 1 8 项 电网重大反事故技术措施的要求 笔者通过介 绍电力变压器对温升和散热的要求 ．结合旧系列冷 却器更换改造的实例． 对降低 电力变压器温升 ． 提高 负载能力．节约电能损耗等进行技术经济的对 比分 析． 对类似改造提供基础依据 收稿 日期 2 0 0 5 1 0 1 0 ； 修 回日期 2 0 0 5 1 1 一 O 6 作者简介 成 ifl常 1 9 6 5 一 ， 男， 山东高密人， 硕士研究生导师， 副总工程师， 高级工程师， 从事高电压技术和电力变压器的运 行维护工作。 维普资讯 第 4 2卷第 1期 2 0 0 6年 2月 高压舌笙 Hi g h Vo l t a g e Ap p a r a t u s V0 1 ．4 2 No ． 1 F e b ．2 0 0 6 5 9 2 电力变压器对散热和温升 的要求 为减少过高温度对变压器绝缘材料的影响 ． 实 现变压器的预期设计寿命 ，保证变压器安全可靠运 行，投运后的变压器在一段时间内各部件的温度不 能一直升高 ． 必须达到一个稳定状态 ． 因此就必须采 取相应的冷却措施 。 加快热量的扩散 ． 以控制 电力变 压器的温升极限。 国家相关标准规定 了变压器绕组 、 铁心以及 电力变压器油的温升极限1 - - ． 变 压器制造 厂也给出设备运行的温度负载曲线 以指导用户的运 行。因为良好的电气绝缘性能是电力变压器安全运 行的重要条件 。 变压器内部绝缘主要是靠变压器油 、 绝缘纸板和电缆纸等作为绝缘介质 若变压器油长 期在高温热作用下会加速氧化和裂解 ．影响其绝缘 和散热水平l 2 1 绝缘纸板和 电缆纸等绝缘材料长期 在热作用下会丧失弹性 、 变松脆 ， 丧失机械强度 ． 从 而丧失电气强度。为此 ．国家标准 G B 1 0 9 4 ． 2 1 9 9 6 电力变压器 规定1 3 1 变压器运行环境温度最高 4 0 ℃。 最热月平均温度 3 0 ℃， 最高年平均温度 2 0 ℃． 油浸式变压器在连续额定容量下顶层油温温升极限 为 6 O K 油 与大气直接接触的变压器为 5 5 K ． 绕组 平均温升极限为 6 5 K． 温升极 限不允许有正偏差【 另外 ． 南于温度过高 ． 电力变压器油等各种材料均因 过热而高度膨胀 。 会使储油柜中的变压器油外溢 、 本 体压力释放装置动作而喷油等。 因此 ． 电力变压器不 管是在何种状态下运行， 温度控制非常重要 ． 必须按 规程规定的温度运行 3 电力变压器冷却装置 的改造实例 某主变型号为 S F P S 3 1 2 0 0 0 0 ／ 2 2 0．是 2 0世纪 8 0年代产品。 原采用 9组 YF 一 1 2 0冷却器散热． 近几 年 ， 随着所带负荷的增长 ． 运行温度明显偏高 ； 特别 是夏 季运 行 中 ． 在环境 温度超过 4 0℃． 负载 达到 1 0 0 0 0 0 k V． A时．虽然将包括备用的全部冷却器投 入运行．该电力变压器上层油温仍然超过 8 5℃． 多 次对 该冷却器进行水冲洗 ． 效果并不明显 ． 该 电力变 压器只能控制负载运行． 影响了变电站的正常供电； 停电电气试验检查 ．发现电力变压器的空载损耗和 负载损耗参数和其铭牌参数基本一致 ．电气和绝缘 试验项 目全部合格 ．对变压器油样色谱分析发现变 压器内部也无明显过热故障的特征 ．认为该变压器 运行温度异常是 由冷却器性能差引起 确定对冷却 装置进行彻底改造 核对原冷却器型式 为 Y F 一 1 2 0型 ， 共 9组 其 中 l 组备用 ， 其中 潜油泵功率 3 k W． 额定流量 4 0 i n ／ h ， 转速 1 5 0 0 r ／ m i n ．共 9只 单只风扇 电机功率为 4 0 0 W． 共 3 6只； 新冷却器按周围气温 4 0℃时 ， 保证 冷却器 中油 的平均温度为 7 5℃进行设计 ． 确定用 6组 Y F 2 2 0 0型冷 却器容 量 为 2 1 5 k w 的冷却器 其中 2组备用 替换原冷却装置 ， 其中 潜油泵功率 2 ． 2k W， 额定流量 8 0m 3 ， 转速 1 0 0 0 r ／ m i n ， 共 6只 单只风扇电机功率 1 5 0 0W． 共 1 2只。2 0 0 5年 4月 ， 在现场对冷却器及油流管路进行 了更换 和改造 ． 电 力变压器运行效果 良好 4 改造前后电力变压器温升对比 在电力变压器运行环境温度基本相 同的改造前 后 ． 分别选取改造前 的 4月 1日和改造后的 4月 1 4 日的运行情况 ， 进行了典型温升的 比较分析 。 两典型 日运行负载和上层油温变化见表 1 和表 2 。 表 1 改造前 实际负载 和油温对应关 系 取 2 0 0 5年 4月 1日数据 有功负 j 巳 功负 视在功 温 有功 负无功负 视在功 温 载 ／ MW 载 ／ MW 率 ／ MV A 升 ／ K 载 ／ MW 载 ／ MW 率 ／ MV- A 升 ／ K 有功 负 无功负 视在功 温 有功 负无功负 视在功 温 载 ／ MW 载 ／ MW 率 ／ MV． A 升 ／ K 载 ／ MW 载 ／ MW 率 ／ MV A 升 ／ K 4 0．0 1 7 ． 4 4 3．6 8 ． 0 3 7 ． 6 l 5 ．4 4 0 ． 6 7 ．0 4 2．4 l 7 ． 7 4 8． 1 9 ． 0 5 4 ． 0 2 2． 1 5 8 ． 3 1 0 ． 0 6 6 ． 6 2 5 ． 7 71 ．4 l 1 ． 0 71 ． 6 2 7．8 7 6 ． 8 l 2 ． 0 6 7．6 2 7 ． 5 7 3．0 l 1 ． 0 3 O．5 l 3 _ 8 3 3 ． 5 5 ． 0 对上述两表数据 比较分析 ， 通过图 1 对 比曲线 ， 不难发现更换冷却器后同负载运行状态下 ，变压器 的运行温升降低在 2 0 K以上。 视在功率 ／ MV． A 罔 1 温升和负载变化的对 比曲线 5 冷却装置本身节能计算比较 改造前冷却器一般运行 8组 ， 其中 投入的油泵 总功率 P 1 8 x 3 k W 2 4 k W． 运行电机总功率 P 2 2 4 x 0 ． 4 k W 9 ． 6 k W，则冷却器消耗 的总功率 尸 尸 l 3 3 ． 6k W 。 改造后冷却器一般运行 4组 ． 其中 投入的油泵 总功率 尸 l 4 x 2 ． 2 k W 8 ． 8 k W ，运行电机总功率 8 x 1 ． 5 k W 1 2 k W．则冷却器 消耗 的总功率 P 2 2 0 ． 8 k W 。 下转 第 6 2页 维普资讯 62 第 4 2卷第 1期 2 0 0 6年 2月 高压畦譬 Hi g h Vo l t a g e Ap pa r a t u s V o | ． 4 2 N o ． 1 F e b ．2 0 o 6 雾室 图 3 交 流 污 秽 试验 接 线 不 恿 图 将两片污秽度为 0 ． 0 3的绝缘子悬挂在雾室中． 待 污层充分湿润后 ． 匀速升压直至闪络 ． 同时采集升压 过程中的声发射信号 污闪放电的声波信号见图 4 。 图 4显示了声发射信号的幅值随试验 电压变化 的趋势 ， 可以看出 ， 随着电压 的升高 ， 声发射信 号的 A 一 ． n m 矗 { 蛊 盛 - 矗 ． 盘 氍 、 警 幅值增大 ． 但是 信号的增 大并不是完全单 调的。 图 5 ～图 8为不 同电压等级下 的绝缘子污秽放电声发 射信号。 经过多次试验得到的结果均相同．由此可 以得 出以下结论 ①声信号幅值的大小与试验电压有关， ． ．．j_ J I_1 j L u L ,i 山 1 T1 ’ ’ T ’ f 胂 图 4电压 由0 V升到 1 5 k V过程 中声信号波形 ⋯ 。 0 图 5 1 Ok V电压下的声发射信 号 图 6 2 0 k V电压下 的声发射信号 图 7 3 Ok V电压 下的声发射信号图 8 4 0k V电压下 的声发射信号 其变化的总趋势是随着试验 电压 的升高 ．声发射信 号幅值增大； ②在试验电压较低时， 污秽放电较弱， 声信号幅值较小 ． 而且有 明显的过零点存在 ． 周期规 律明显； ③当试验电压较高时 。 污秽放电很强， 信号 幅值很大， 没有过零点 ， 周期规律不明显 。南试验结 果可以看 出． 随着污闪的临近 ． 声波信号脉冲的幅值 逐渐增大． 频率逐渐增高。因此 ， 通过监测污秽放电 产生的声波发射信号 ． 即可监测绝缘子的污闪过程 ， 实现对绝缘子污闪的预警 5 结语 1 声波信号可 以反映出绝缘子是否发生 了污 秽放电．根据声波信号的变化可以判断污秽放电的 发展趋势 ， 可以实现绝缘子污秽放电的监测和预警。 2 基于声发射技术的绝缘子污秽放 电监测方法 是非接触测量 ． 与绝缘子无 电气上的接触 ． 也无需对 绝缘子进行改造。操作简单方便， 适用于现场作业。 3 该方法 目前尚处 于试验阶段 ， 监测装置的性 能指标和功能还有待进一步改善 ．有些实际的调试 和安装 问题还需进一步研究 参考文献 【 1 l 张仁豫．绝 缘污秽放电【 M】 ．北 京 水力 电力 出版社 ．1 9 9 4 ． [ 2 】 孙 才新 ，司马文霞 ，舒 立春．大气 环境与外绝缘 [ M】 ．北京 中国电力出版社 ．2 0 0 2 ． [ 3 】L u n d g a a r d L E ．P a r t i a I d i s c h a r g e X I V A C o u s t fi c P a r t i a l Di s c h a r g e D e t e c t i o n p r a c t i c a l A p p l i c a t i o n f J ] ．I E E E E l e c t ri c a l I n s u l a t i o n Ma g z i n e ，1 9 9 2 ，8 5 3 4 - 4 3 ． 『 4 】 袁易 全．局 部 放 电超 声特 性 实 验研 究 f J 1 ．电工 技术 学 报 ， 1 9 9 2 ． 1 8 2 1 7 1 9 ． 上接第 5 9页 改造前后冷却 装置消耗 功率差 P P 1 2 ． 8 k W， 冷却装 置更换后 ， 每年减少有功功 率损耗 W 8 7 6 0 h x l 2 ． 8 k W 1 O 2 1 2 8 k W h ， 可见 ， 冷却装置 本身的直接节能效果十分明显。 损耗的减少。既节省能源 ， 创造较高的经济效益 ， 叉 提高 厂变压器运行的可靠性 ．达到了事半功倍的效 果 。 各电力企业有必要对运行时间长 、 冷却效率低 的 变压器冷却装置实施改造。 6 结语 参考文献 由于冷却装置的更换和改造减少了风机和油泵 的数量。也就减 少了设备 的渗漏油点个数 和冷却电 源运行功率 ， 同时， 降低 电力变压器运行温度 ， 从 而 引起线圈直流电阻下降 ．导致电力变压器运行负载 【 I J D L ／ T 5 7 2 1 9 9 5 ．电力变压器运行规程f s 1 ． 1 2 】 G B ／ T 1 3 4 6 2 1 9 9 2 ．T矿企业电力变压器经济运行导则【 s ] [ 4 J G B ／ T 1 5 1 6 4 - 1 9 9 4 ．油浸式 电力变压器负载导 则[ S 】 ． 【 3 】 G B1 0 9 4 ． 2 1 9 9 6 ．电力变压器【 S 】 ． 维普资讯