运行申的旱期油漫或电力变压器冷却系统的节能技术改造.pdf

运行 申的旱期油漫或电力变压器 冷却系统帕节有 苣 技木改造 概述 众所周知，目前我国单位G D P 值的 资源消耗是发达国家的数倍甚至十数倍， 而宝贵的资源总是有限的。为了国家可 持续发展 必须在发展过程中尽可能的 降低资源的消耗，建设节约型社会 ，建 设节约型企业。 本文针对上世纪9 O 年代及以前投入 运行的电力变压器、特别是系统用电力 变压器的冷却系统节能技术改造实践 。 阐述其改造的节能效果。 就保定天威对大型电力变压器的冷 却系统改造而言，早期是对若干火力发 电厂主变压器的强迫油循环水冷却系统 或改为强迫油循环风冷却系统 或 。以减少宝贵的水资源消耗j近些 年又连 续对 一些系统用电力变压器强迫 油循环风冷却系统 或 改造成为油 浸自冷 ／油浸风冷却系统 。以降低变压 器的辅机损耗与噪声污染。 系统用电力变压器往往在运行中负 荷变化较大。将单一的强迫油循环风冷 _ 保定天威 变压器工程技术张元禄宋翔崔建勋 却方式．改造成为油浸自冷 ／油浸风冷 的双重冷却方式以适应其负荷变化．不 仅增加了变压器在运行中冷却方式自动 变换 的灵活性 ．而且还可 以进一步降低 电能 消耗 与噪声。 十多年前，系统用大型电力变压器 几乎都采用强迫油循环风冷却系统。国 内变压器制造厂在强迫油循环风冷却系 统中采用的风冷却器 ．大都技术经济指 标比较落后 ．不仅噪声大．而且辅机损 耗也高。由于制造工艺难以保证．往往 风冷却器的冷却容量随运行年月的增加 而下降．这一方面是由于冷却元件的翅 片间所集积的异物难以彻底清除 特别 是冷却管的边缘部分 ， 增加了风的阻力 从而降低 了散热能 力另一方面是 由于 翅片与冷却管间的锈蚀 ．使传热路径热 阻增加从而降低了冷却能力。 此外 。用户对强迫油循环风冷却系 统的维护工作量也较大．例如。应当定 期的对冷却元件翅片间的灰尘、杂物． 虫尸等异物进行清除。这不仅需要停电 而影响电能的供应 。而且还需要耗费人 工和水 资源 。 油浸式变压器的冷却原理分析 油浸式变压器的内部冷却介质通常 是矿物油 外部冷却介质通常是水或空 气 。 根据国家标准G B 1 0 9 4 ． 2 -1 9 9 6 规定， 油浸式变压器外部冷却介质采用空气时 的冷却方式如表 1 所示 见下页 油浸自冷 O NA N或油浸风冷 O N A F 的冷却方式 ， 通常称为 O N 冷 却方式．即冷却系统中的油是靠自然热 对流循环流动 。变压器内部发热元件 例如绕组与铁心等 中的油受热后密度 变小而形成浮力．使油在变压器绕组及 铁心中自下而上的流动．热流密度大的 地方 ，油的流动速度也将更快 ．热油至 油箱上部流入散热器中在散热器中． 热油将从绕组等发热元件中带出的热量 散失在周围空气中而温度降低 、密度变 大，回流到变压器的油箱下部 ．从而形 成油的自然热对流循环。此外．调整散 热器的安装高度．可以改变整个油路的 热对流循环 回路 的浮力 ．改变油的 自然 热对流循环的流动速度。 在O N 冷却方式下 ． 流过绕组等发热 元件的稳态油流量等于流经散热器 散 热元件的油流量．因而在油箱顶部测 量而得到的变压器顶部油的温度，为绕 组内的顶部油温度，也就是变压器中油 的最高温度。 O N A F 冷却方式与O N A N 冷却方式的 油循环情况相同．但在 O N A F 冷却方式 下．由于散热器空气侧的冷却介质 空 气采用风机强迫流动．大大提高了空 气侧的对流散热能力 增加了放热系 数 ．使油与冷却空气间的平均温差降 低 。从而提高了对变压器的冷却效果。 在O F 强迫油循环冷却冷却油 流仅进入变压器油箱 的冷却方式下 维普资讯 流经绕组的稳态油流量与流经散热器 冷 却器 的油流量 无关。 尽管绕组 中的 油流仍然按热对流 方式循环 但 油泵造 成的压力差可以提高绕组中的油流速度． 因此 ． 其冷却效果比O N 冷却方式好。这 种冷却方式下 ． 大部分的油流 油量 经 由绕组与油箱壁间 绕组外部的空间 流动 油箱顶部所测量而得的变压器顶 部油的温度为流经绕组内部与外部的油 混合后的温度。 对于强迫 油循环 非导向 O F 冷 却 方式 还没有一种仅依靠在绕组以外的 测量方法能确定O F 冷却方式变压器绕组 中油的温度。因此 ，对于这种冷却方式 变压器的冷却系统设计 ，是让冷却系统 的油泵输送更多温度较低的混合油，使 其进入绕组下部的油温度更低。 在O D 强迫油循环导向冷却冷 却油 流直 接进 入绕 组 的冷 却方 式下 ． 除 了极 少泄漏和 为了控 制绕组中油的流速度 而进行分流外 ． 大部 分 的油都经过 绕组而 进入冷却设备。 因此。 流经绕组的稳态油流 量与流经散热器 冷 却器 的油流量有关． 其对绕组的冷却效果 最好 。如果进入 变压 器的油未在油箱内部 分流 在油箱顶部测 量而得 的变压器 顶部 油温度 ． 基本上为绕 组内的顶部油温度。 变压 器的绕组 温 升 或者温度 ． 是涉 及变压器绝缘热老化 寿命的关键。在变压 器冷却系统改造中 必须保证 变压 器绕组 绝缘的热寿命 温升必须满足国家相关 标准的要求．是大型变压器冷却系统改 造的基本要求。 准确 的试验研究 成果 可靠 的工程 分析计算及实际应用的实践经验 合理 选择散热器的散热面积 ．确保冷却系统 的管路足够的截面 调整散热器的安装 高度 ．使得有足够的油量在单位时间通 过绕组 即绕组中的油流有足够的浮力 与流速 ． 是大型变压器冷却系统改造中 必须关注的。 大型变压器的O F A F 或者O D A F 冷却 系统中， 都需要采用易发生故障的潜油 泵。将其改造为O N A N ／ O N A F 冷却系统 后， 除可降低变压器噪声 降低辅机损耗 外， 也大大减少变压器冷却系统的维护工 作量 特别是免除了对潜油泵检测维护 为实现变电站的无人值守创造了条件。 冷却系统改造的总体设计与实施 1 冷却系统改造应满足的依据标准 满足电力变压器的国家相关标准 是冷却系统改造总体设计的出发点与落 脚点。这些标准主要有 1 国家标准 “ 电力变压器 ” G B 1 0 9 4 ． 1 1 09 4 2 -1 9 96 ,GB1 0 94 3 1 0 9 4． 5 -2 00 3 ；, 2 国家标准“ 三相油浸式变压器 技术参数和要求”G B ／ T 6 4 5 1 1 9 9 9 ； 3 国家标准 油浸式电力变压器 负载导则 G B ／ T 1 5 1 6 4 -1 9 9 4 。 通常 电力变压器在最大电流分接 运行时 有最大的负载损耗。变压器冷 却系统的设计 ．必须保证变压器在最大 电流分接下运行时．各部位的温升不超 过国家相关标准的规定．不应影响变压 器的过负荷能力与绝缘的热寿命。 2 冷却系统改造的对策 随着片式散热器制造技术的提高和 大型低噪声轴流式风机的出现 ．随着变 压器硅钢板质量的提高与总损耗的降低． 可以采用 O N AF 冷却方式的变压器容量 也越来越大。在分析油浸式变压器不同 冷却方式的技术特点 并保持变压器绕 组的最热点温度基本不变或略有降低的 基础上 ．根据我公司的试验研究成果 工程分析计算及实际应用的实践经验 ． 进行冷却系统改造的总体设计；合理选 择散热器的散热面积与安装高度 合理 选择风机．使改造后的冷却系统不影响 变压器的过负荷能力与绝缘的热寿命 满足用户的使用要求．不仅是可行的． 就节能与降噪而言．往往是必要的。特 别是十多年前还处在城市边缘的变电站． 随着城市 的发展而现在往往被居 民区包 围 噪声扰民已成为亟待解决的问题。 计算分析与试验研究表明， 在变压 器额定负荷时， 不同冷却方式下的绕组最 热点温度也不尽相同。当绕组采用导向 冷却方式 、 即变压器 采用O D A F 冷 却方式 时， 绕组的最热点温度与绕组的平均温度 维普资讯 I I 技 术 前 沿I E D G E O F T E C H N O L O G Y 间的差值通常不超过 1 0 C；绕组采用其 他冷却方式时． 这个差值通常在1 3 C左右。 将变压 器 的冷却 系统 由 ODA F或 O F A F改造成 为 O N AN ／ O N AF冷却方式 后 ． 如果油与绕组的平均温度 或温升 保持不变．绕组的最热点温度将可能提 高3 C左右。 因此 ． 在保持绕组与冷却介 质 油 的温 差 即铜 一油温 差 不 变 的情况下．必须降低冷却介质 油的 平均温度 3 C以上 ．使绕组的平均温度 也降f l3 。 C以上。 显然 ． 绕组平均 温升的 降低是通过降低油的平均温升而实现的。 3 冷却系统改造后的效果 近几年．保定天威已对包括国内四 个大型变压器制造厂家的2 0 余台容量从 三绕组有载调压变压器 其中有两台 1 1 0双绕组变压器进行了冷却系统改 造．其中在工厂改造的还进行了温升试 验．试验与运行情况表明都获得了圆满 成功．而且变压器的噪声水平都降低了 1 0分贝 以上 。 表 2是一台1 2 0／ 2 2 0三绕组有载 调压变压器冷却系统由O D AF改造成为 O N A N ／ O N A F 的温升计算结果。 见下面 注 1 表中变压器不同冷却方式中 的百分数 ．是指额定容量的百分数。变 压器运行中测得的顶部油温度不比计算 值高。 该变压器原冷却系统设计的绕组平 均温升最高的为6 1 ． 3 K 高压绕组 ． 则 改造前绕组最热点温升 e 6 1 ． 3 1 0 7 1 3 K 改造后绕 组最热点温升 e 5 7 8 1 3 7 0． 8 K 该变压器 1 9 8 8年生产．原设计的 O D A F冷却系统采用 1 2 0风冷却器 8组 其中一组备用 ． 冷却系统改造前、 后 ． 变压器额定负荷运行下的辅机损耗比较 如下表 3 。 计算分析表明该变压器冷却系统 改造后 ．不影响变压器绝缘的热寿命与 过负荷能力。而且．冷却系统改造时使 表1 油浸式变压器外部冷却介质为空气时的冷却方式 霎 0 油浸 自冷 油浸 自冷 强油风冷 强油导 向冷却 ONAN ONAF OF AF ODAF 0 譬≮ 绕组中的油按照自然热对流方式循环 同上 绕组 中的油按压力差的热对流方式循环 绕组 中的油强迫循环 表2 冷却系统改造后该变压器的温升计算结果 ≮ 嚣 峨0’ 确 斡 唾 誓 ≯ 油平均 顶层油 高压绕组 中压绕组 低压绕组 O N A F { 1 ∞％ 2 9 ． 1 3 7 ． 5 5 7 ． 8 5 7 。 4 4 1 。 5 O N A N 7 0 ％ 3 5 ． 7 4 5 ． 8 5 7 ． 1 5 6 ． 9 4 5 ． 4 表3 变压器额定运行时冷却系统改造前后的辅机损耗比较 辩 戳 镪 一譬 埘 t } 镣 蓼 一 譬 ．i 一_I r j 一j 毒 改造前O F A F 3 X 7 2 1 0 ， 3 7 X 4 X 7 1 0 3 6 改造后O N A F ／0 ． 5 5 X 1 4 7 ， 7 0 变压器油的平均温升进一步降低．有利 于变压器绝缘的热寿命与过负荷能力提 高。 该变压器的冷却系统改造后 ．在额 定负载运行时降低了辅机损耗 2 3 6 6． 并使变压器在7 0 ％及以下额定负载运行 时的辅机损耗将为零。如果该变压器每 年运行 8 0 0 0小时 ．其 中 4 0 0 0小时在额 定负载运行 ． 4 0 0 0 d 时的负载在7 0 ％额 定负载运行．则每年可省辅机损耗为 31． 36 X 4 00 01 7． 9 2 X 4 00 0-7 7 X 4 0 0 0 1 6 6 3 2 0 k W h ／笠 如果每年按 0 ． 5 元计算 ．则每年可 省电费为 1 6 6 3 2 0 X 0 ． 5 X 1 0 8 ． 3 1 6 万元 ／ 年 如果在7 0 ％额定负载运行的时间更 长．则每年节省的电费更大 ．改造费用 从节省的电费中很快也可收回。 如果考虑到社会效益．其经济意义 就更加可观。如果按每年需要消耗 0． 4 公斤标准煤计算．则每年可省煤为 1 6 6 3 2 0 X 0 ． 4 X 1 0 - 6 6 5 2 8 吨 ／ 年 从权威部门了解到．类似可进行节 能改造的运行中变压器数以万计．假定 其中的少部分 ， 例如5 0 0 0 台进行这种改 造 ．其经济意义是非常可观的。 特大型变压器．大量的散热器与风 机的成本往往比冷却器的成本更高。同 时．容量更大的大型变压器通常在其周 围布置不下庞大的散热器组而仍然需要 采用结构紧凑的强迫油循环风冷却器作 为其冷却系统 。 即使保持原来的O F A F 或者O D A F 冷 却系统不变．由于节能型的大容量、低 噪声高效风冷却器的出现 ．把那些早期 的每台1 2 0冷却容量的风冷却器进行更 新改造．也可获得很大的节能效果．我 公司也对多台大型变压器进行了这种方 式的冷却系统节能技术改造 曩 维普资讯