主变冷却器改造

主变压器冷却器改造电气值班员高级技师王健玛纳斯发电公司2010-11-25目录0、前言..................................................................................................................11、主变压器冷却器改造原因..............................................................................12、主变压器冷却器改造思路…………………………………………………..23、主变压器冷却器技术改造方案……………………………………………..44、主变压器冷却器改造后的实际效果分析…………………………………..65、结束语………………………………………………………………………..8主变压器冷却器改造王健玛纳斯发电公司新疆2010-11-25摘要：本文主要论述通过分析主变压器冷却器运行状况，查找出主变压器冷却器设备存在的缺陷，以及各类缺陷对主变压器安全运行产生的危害性，提出主变压器冷却器改造的必要性。采用新设备、新材料、新工艺、新技术，提高主变压器冷却器的冷却效果，消除主变压器内部油流静电现象，减少主变压器油回路渗漏点，降低主设备辅机耗电量，从而保证主变压器在各种工况下能够长周期安全运行。关键词：变压器冷却器改造0前言主变压器是发电厂及变电站最重要的电气设备之一，主变压器的安全可靠运行和使用寿命，在很大程度上取决于主变压器冷却器的运行状况，我国20世纪90年代生产的主变压器冷却器由于技术、工艺及材料的限制，在长期运行中，暴露出结构形式陈旧、渗漏点多、运行损耗大、噪声高、冷却效率低等缺陷，直接影响到主变压器安全、经济运行，因此对主变压器冷却器进行技术改造，是各发电厂、变电站不可忽视的重要工作。我公司5号主变压器为20世纪90年代生产，容量为120000kVA，原生产厂家配置冷却器6组，每组额定冷却容量120kW,潜油泵同步转速1500r/min。共有24个风扇电机（单机容量0.4kW），6个潜油泵电机（单机容量3kW）冷却器辅机总功率为27.6kW。2009年6月我公司对5号主变压器冷却器进行了技术改造，效果较好。下面我以此次改造为例，以供大家参考交流。1主变压器冷却器改造原因5号主变改造前温度压红线运行现象较多，主要表现在冷却器换热容量不足。冷却器本身所用冷却管技术落后，结构过时，冷却效率低；冷却器的潜油泵和风机技术落后，潜油泵属高转速立式轴流泵，结构不合理，故障率高，轴承、叶轮易产生金属粉末，进入变压器循环冷却油内，在变压器线圈缝隙等油流比较缓慢的地方沉淀、堆积，破换变压器线圈的层间绝缘。冷却器散热片材料性能比较差，散热片在冷却管外径绕上一定高度的薄铁片后，进行搪锡，热传导能力低，虽然该结构简单，价格低廉，但由于铁片以宽度方向绕在直径较小的铁管表面，导致铁片表面皱折严重，从而加大了风阻，容易引起灰尘的堆积，降低了散热器表面的散热效果。风机采用的是高转速风机，风扇电机故障率高，风扇叶轮机械强度低，噪音大，吹风冷却效率低。特别是经过十多年的运行后，冷却器各部分出现不同程度的磨损和老化，在夏季环境气温相对较高，冷却器散热片间如稍有风沙后积灰，就会导致冷却器换热效果恶化，油温上升，即使开启备用冷却器组，温度也会轻易达到70℃以上，严重影响变压器安全生产。5号主变冷却器改造前冷却管直径较小，流通面积及散热面小，冷油管采用多回路结构，油阻较大，多在100kPa以上，冷却效果较差，为保证冷却效果，不得不对冷却器所配油泵扬程要求较高，以提高变压器油的循环速度（冷却管内油流速度为8m/s左右）。但是，加大变压器油的循环速度也同时带来了油流静电现象。快速流动的油使变压器本体产生静电，容易引起变压器内部铁芯、线圈出现局部间隙放电现象，使变压器局部发热严重，破坏变压器线圈的绝缘。另外冷却器渗漏油现象较为严重，原冷却器密封连接面较多，采用的是老式耐油橡胶垫，受风吹日晒，橡胶垫老化严重，渗漏现象较为普遍，特别是冬季，变压器停运后温度骤冷，密封垫收缩，导致多处渗油。当今随着技术进步，新型元件的出现，冷却技术发展很快，所以对冷却器的改造势在必行。2主变压器冷却器改造思路进入21世纪后，国内大功率风冷却器的制造技术已趋于成熟，各制造厂商在冷却器材料的选择、结构形式的改进、制造工艺的改良等方面作了大量的研究。对冷却器相关附件的制造，如风扇叶片、电机、潜油泵、油流继电器等，各制造厂商也给予了足够的重视。这些条件的具备使老旧变压器冷却系统的改造成为可能。冷却系统改造虽然不需要对变压器内部结构进行改造，但由于冷却装置的冷却效果的好坏对变压器的安全运行、使用寿命及内部元件性能有着直接的影响，因此对变压器冷却装置改造的技术要求是非常高的。需要解决以下四个问题：一是温升问题，根据热老化8℃定律，绝缘温度每增加8℃，其使用寿命降低一半。若温升不能得到控制，将会直接影响到变压器的使用寿命。为了满足温升的要求，需要通过计算线圈温升和变压器油的温升来选择合适冷却容量的冷却器。二是油流带电问题，由于绝缘物中含有纤维素和木质素，他们都含有羟基（OH）、醛基（COH）。由于氧原子吸引了氢原子带正电，这样当油和纸表面接触时，绝缘纸中的正电荷就吸引了油中的负电荷，在表面形成固定层，靠近负电荷层形成一层称为附着层的正电荷层，当油流动时，正电荷被油流带走，形成冲流电流。流速越高冲流电流越大，当带电的油流经过线圈匝间和段间等高电场区域时就会发生放电，造成匝间短路或段间短路，严重的可烧毁变压器。经实验证明变压器内油流速只有小于0.5m/s时，才不会发生油流带电情况。所以通过计算变压器内部油流速来选择相应冷却器，会避免油流带电现象的发生。三是变压器冷却油的渗漏，原冷却器油回路接头多，接头采用老式耐油橡胶垫，温差较大时，容易老化，产生渗漏。通过减少油回路接头，使用高分子新材料密封垫，就能够有效解决渗漏现象。四是改造后的冷却装置需要合理布局，满足以下几点：1）散热条件良好，不能产生热风局部循环；2）油管路的布置要合理，减少油管路的长度和管路弯折次数，以降低管路产生的阻力；3）尽量做到冷却效果均匀，要保证每只冷却器都充分发挥它的散热能力。同时要保证变压器内部三相线圈冷却效果相同，即要避免某相线圈的冷却效果比另外一相线圈冷却效果差，造成局部过热情况；以上这些都需要对变压器内部温升、油流速度、整体冷却效果进行分析和计算，对管路进行重新布置设计，这在技术上是完全可行的，对冷却系统进行技术改造，达到满足和要求是完全可以实现的。3主变压器冷却器技术改造方案从需改造变压器的实际参数及原冷却器安装形式来考虑，采用新型的YF2-250kW风冷却器。新式冷却器每组有风扇两只，每组的冷却容量为250kW，采用4组，总的冷却容量可达到1000kW，其特点为单台冷却容量大，选用组数少，利于运行；同时由于冷却器本身所用的冷却管件技术先进，冷却效率高，加之风机选用大风量、低噪音风机，油泵选用低转速、大流量的盘式电机潜油泵，所以冷却器的故障率大大降低、给变压器的安全运行提供了可靠的保证。YF2-250kW风冷却器冷却管是高轧翅铝管，这种结构风阻小，灰尘不易堆积，散热快，散热效果好，结构性能牢固，可高出使用压力十几倍试压，可抽真空至小于20Pa而不变形（国家标准规定抽真空至133Pa），使用寿命长，同时将冷却器管直径加大，增大了散热面，流通面积也比改造前增加4倍左右，并在冷却器管内穿有扰流丝，使管内油流变为紊流状态，强化了散热能力，提高冷却效果。为了提高冷却器散热效果，选用了8台风量大、转速低、噪声低的DBF2-9Q6型风扇（单机容量2.2kW）组成四组冷却器，风扇风叶的直径增大，转速降低，噪声减小。风量为32000m3/h，噪声为73dB，风叶采用机翼型铝合金风叶，重量轻，机械强度可靠，寿命长，外型美观，附件少，冷却器额定冷却容量比改造前增加了280kW，由于冷却器数量减少，油回路密封连接面比改造前减少了1/3，其密封联接处均采用了先进的锒嵌式密封结构，有效的提高密封性能，大幅度的降低了渗漏油现象的发生。延长了设备检修周期，简化了设备检修工艺流程，减少了检修人力物力的损耗。根据国家电网公司颁布《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求》的规定：，为了防止变压器油流静电的产生，经过试验证明，5号主变冷却器油回路油泵转速应不大于1000r/min。由于增大了冷却器管流通面积，管内油阻降低（一般为15-30kPa），所以在配置冷却器油泵时，选用了扬程低，转速低的6B80-5/2.2型新型低速电机（930r/min）既可满足冷却器要求，又可使油泵在低压力状态下运行，延长了使用寿命。此油泵轴承为D级轴承，长期运行，轴承摩擦损耗极小，功率为2.2kW，扬程5m，流量80m3/h，结构小，渗漏点少。改造后的冷却器有8台风扇电机，4台潜油泵电机（单机容量2.2kW），减少了主变冷却器辅机总功率。冷却器辅机总功率为：P=8×2.2kW+4×2.2kW=26.4kW新型风冷却器具有噪声低、功率大、散热能力强和高轧翅铝冷却管单回路结构的特点。由于其功率大，不但减少冷却器组数，还减少渗漏和维护工作量。在改造中，特别注意变压器油汇流母管的设计。因原冷却器无汇流母管，改造后冷却器组数减少，则必须增设汇流母管。可采用无缝钢管制成汇流母管，减少一般方形汇流母管的焊缝，也就减少了渗漏。实施改造时，还对相关的控制回路和二次信号回路进行更新，对冷却器控制回路、风扇及油泵控制回路、冷却器相关报警和调闸信号回路都进行合理设计，认真施工，有力的保证了改造后各项功能的实现。冷却系统的改造均为现场改造，具体改造技术操作方案为：现场测绘原变压器冷却器的结构布置和散热能力→设计计算新选定冷却器的技术参数和结构布置设计→计算变压器内部油流速度→预购新冷却器及控制箱、管路等附件运至现场→现场施工更换冷却器→冷却器控制系统调试→变压器试运行。冷却器系统改造前安装布置图改造后安装布置图冷却器系统改造可以伴随变压器大修同时进行，这样可以达到事半功倍的效果。4主变压器冷却器改造后的实际效果分析5号主变压器冷却系统改造后经过近一年的运行，对该主变各运行参数与改造前进行了对比，以便对改造效果作出分析。更新改造后，同样负荷和环境温度下，变压器运行时的油温平均下降10℃～20℃。特别是在夏季高温负荷时，由于环境温度达到40℃左右，改造前变压器在接近满负荷时油温可达到75℃，而采用新的冷却器后，油温在60℃～67℃，冷却效果明显增强。我们用改造前后不同年份，相同月、日5号主变数据进行比较如下：5号主变冷却器改造前2008年8月02日17：0018：0019：0020：0021：00发电机有功98MW95MW91MW93MW86MW发电机无功28Mvar30Mvar28Mvar30Mvar30Mvar主变上层油温68℃69℃70℃69℃68℃5号主变冷却器改造后2009年8月02日17：0018：0019：0020：0021：00发电机有功97MW92MW99MW93MW88MW发电机无功40Mvar37Mvar39Mvar36Mvar38Mvar主变上层油温55℃56℃56℃55℃55℃运行时冷却器的噪声由于每组冷却器风扇数量由改造前的4只减少为2只，可使噪声下降近2dB～3dB。而改造后新的冷却器所配备的低噪声风扇又比原来的风扇噪声低3dB～5dB。再加上达到同样的冷却效果所用的冷却器组数减少到原来的一半，所以改造后的冷却器组工作时噪声比原来要低6dB～8dB。由于采用的新型冷却器相关附件的损耗均较低，同时油泵和风扇数量大大减少，整个冷却器系统的损耗也就有了大幅度的降低，由改造前的近50kW，减少到改造后的约26kW，下降了20kW左右。这对于长期运行的变压器来说，无疑是降低了不少的电能损耗。冷却器系统的运行维护工作量减小，改造后的冷却器只采用了4台潜油泵，8台风扇，相比改造前的6台潜油泵，24台风扇而