金鎮(zhèn)山

(國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院, 哈爾濱 150030)

220kV主變壓器空載運(yùn)行油溫測(cè)試研究

金鎮(zhèn)山

(國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司電力科學(xué)研究院, 哈爾濱 150030)

通過調(diào)研省內(nèi)各生產(chǎn)單位變壓器運(yùn)行情況，綜合考慮變壓器額定容量、電壓組合、冷卻方式、空載損耗、負(fù)載損耗和運(yùn)行環(huán)境等因素，對(duì)某220kV變電站2號(hào)主變壓器進(jìn)行了空載條件下油溫測(cè)試。通過改變變壓器在空載運(yùn)行條件下散熱器蝶閥開啟數(shù)量，對(duì)不同工況下變壓器油溫進(jìn)行測(cè)試，為變壓器余熱利用研究提供輔助依據(jù)。

變壓器蝶閥; 空載運(yùn)行; 空載損耗

1 測(cè)試原理

變壓器散熱器上端和下端各有一個(gè)蝶閥，在全部正常開啟時(shí)，由于變壓器油的“煙囪效應(yīng)”，頂部油溫較高，散熱器內(nèi)熱油降溫后向下流動(dòng)，經(jīng)下端蝶閥流回變壓器本體。與此同時(shí)，本體頂部有熱油經(jīng)過上端蝶閥繼續(xù)進(jìn)入散熱器，從而完成循環(huán)冷卻過程。若關(guān)閉上端或下端任意一個(gè)蝶閥，由于循環(huán)油路被關(guān)閉，散熱器隨即停止工作。因此，可以通過關(guān)閉單個(gè)蝶閥控制散熱器運(yùn)行情況，變壓器處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，考慮到人身安全，選擇操作散熱器下端蝶閥改變變壓器散熱條件，進(jìn)行油溫測(cè)試[1-2]。

2 測(cè)試內(nèi)容

為保證測(cè)試順利進(jìn)行，需要具備以下條件：在空載運(yùn)行條件下變壓器運(yùn)行穩(wěn)定，各種保護(hù)正常投入；變壓器油中溶解氣體色譜分析等數(shù)據(jù)合格；紅外成像儀測(cè)試表明變壓器無(wú)局部過熱點(diǎn)[3-4]；變壓器油溫顯示可靠、準(zhǔn)確。

2.1 變壓器主要參數(shù)

型號(hào)：SFSZ11-120000/220。

額定容量：120000 kVA/120000 kVA/60000 kVA。

電壓組合：(220±8×1.25%)/121/38.5kV。

冷卻方式：ONAN/ONAF(70%/100%)。

負(fù)載損耗：408.577kW(高-中)、161.909 kW(高-低) 、119.277 kW(中-低)。

空載損耗：69.2 kW。

2.2 蝶閥操作次序

在油溫測(cè)試前，先開展變壓器油樣分析和變壓器紅外測(cè)溫工作，若測(cè)試結(jié)果正常，則開始油溫測(cè)試工作。按照表1依次關(guān)閉散熱器蝶閥，間隔1 h記錄一次頂層油溫、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等數(shù)據(jù)。待熱交換平衡后，進(jìn)行下一步蝶閥操作。散熱器編號(hào)如圖1所示。所有散熱器蝶閥關(guān)閉并且熱交換平衡后，按照表2依次開啟蝶閥。間隔1 h記錄一次頂層油溫、環(huán)境溫度、環(huán)境濕度等數(shù)據(jù)。熱交換平衡后，進(jìn)行下一步蝶閥操作。

表1 關(guān)閉散熱器蝶閥操作

Table 1 Operation to close radiator’s butterfly value

步驟關(guān)閉數(shù)量 關(guān)閉散熱器編號(hào)1213、16261、2、11、12、13、16381、2、5、6、11、12、13、164121、2、5、6、9、10、11、12、15、16、19、205141、2、3、5、6、9、10、11、12、14、15、16、19、206161、2、3、4、5、6、9、10、11、12、13、14、15、16、19、207171、2、3、4、5、6、8、9、10、11、12、13、14、15、16、19、208181、2、3、4、5、6、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、19、209191、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、19、2010201、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20

表2 開啟散熱器蝶閥操作

Table 2 Operation to open radiator’s butterfly value

步驟開啟數(shù)量 開啟散熱器編號(hào)131、10、11271、10、11、20、19、6、163111、10、11、20、19、6、16、2、9、12、54151、10、11、20、19、6、16、2、9、12、5、8、13、15、185201、10、11、20、19、6、16、2、9、12、5、8、13、15、18、3、4、7、14、17

圖1 變壓器兩側(cè)散熱器布置圖

2.3 關(guān)閉蝶閥油溫測(cè)試

按照表1所示，依次關(guān)閉蝶閥開展油溫測(cè)試。以關(guān)閉12個(gè)蝶閥為例，油溫、溫差與環(huán)境溫度變化測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

2.4 開啟蝶閥油溫測(cè)試

按照表2所示，依次開啟蝶閥開展油溫測(cè)試。以開啟3個(gè)蝶閥為例，測(cè)量油溫、溫差與環(huán)境溫度變化如圖3所示。

圖2 關(guān)閉12個(gè)蝶閥油溫和溫差及環(huán)境溫度曲線圖

圖3 開啟3個(gè)蝶閥油溫和溫差及環(huán)境溫度曲線圖

3 試驗(yàn)分析

3.1 油溫和溫差數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)期間，由于環(huán)境溫度、風(fēng)速和濕度等氣象條件均隨時(shí)間變化，在假設(shè)氣象條件不是驟變的情況下，選定溫差和油溫為特征值，以此作為操作蝶閥后新的熱平衡穩(wěn)定判據(jù)。分析得出：關(guān)閉蝶閥單次操作后，由于散熱條件下降，溫差逐漸變大，達(dá)到新的熱平衡后，溫差趨于平穩(wěn)；開啟蝶閥操作時(shí)，散熱條件得到改善，溫差逐漸減小，達(dá)到新的熱平衡后，溫差趨于平穩(wěn)。關(guān)閉或開啟蝶閥數(shù)目越多，溫差達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間越長(zhǎng)。熱平衡達(dá)到穩(wěn)定后，蝶閥關(guān)閉的數(shù)目與溫差變化的擬合曲線如圖4所示，從中可以看出，溫差隨蝶閥關(guān)閉數(shù)目的增多而上升，單次關(guān)閉閥門數(shù)量與在運(yùn)散熱器數(shù)量的比值越大，溫差越大。

圖4 蝶閥關(guān)閉數(shù)量與溫差關(guān)系曲線

3.2 溫度驟變對(duì)油溫及溫差的影響

環(huán)境溫度驟變和負(fù)荷的改變均會(huì)引起變壓器的油溫和溫差發(fā)生變化。本次試驗(yàn)同時(shí)監(jiān)測(cè)1號(hào)變壓器油溫，試驗(yàn)期間，1號(hào)主變有功功率在2.75～3.05MW之間變化，無(wú)功功率在0.55～0.75 MVar之間變化，負(fù)荷穩(wěn)定。以4月8日17：30，到4月9日9：30關(guān)閉17支散熱器為例，分析環(huán)境溫度和負(fù)荷對(duì)油溫和溫差的影響，1、2號(hào)變壓器油溫和溫差隨環(huán)境溫度變化的曲線如圖5所示。

由圖5(a)可以看出，1號(hào)和2號(hào)主變油溫隨環(huán)境溫度變化趨勢(shì)總體相同，由于1號(hào)主變輕載運(yùn)行，其油溫隨環(huán)境溫度變化曲線比2號(hào)主變略為平緩。

圖5(a) 主變油溫與環(huán)境溫度關(guān)系圖 圖5(b) 主變溫差與環(huán)境溫度關(guān)系圖

圖6(a) 主變油溫與環(huán)境溫度關(guān)系圖 圖6(b) 主變溫差與環(huán)境溫度關(guān)系圖

變壓器油溫差與環(huán)境溫度的變化為熱平衡過程，當(dāng)環(huán)境溫度驟變時(shí)，打破原有的熱平衡，油溫變化滯后于環(huán)境溫度變化的速度。 由圖5 (b) 可以看出：當(dāng)環(huán)境溫度驟降時(shí)，1號(hào)與2號(hào)主變的溫差都不同程度增大(如16：30～18：30和5：30～6：30所示)；當(dāng)環(huán)境溫度上升較快時(shí)，溫差減小(如20：30～21：30和6：30～9：30所示)。與此同時(shí)，由于受負(fù)荷的影響，1號(hào)主變溫差變化同油溫變化一樣，比2號(hào)主變略顯平滑。圖6為關(guān)閉20支蝶閥時(shí)所測(cè)得的數(shù)據(jù)，油溫和溫差隨環(huán)境溫度變化的情況與圖5相同。

3.3 風(fēng)速對(duì)油溫及溫差的影響

試驗(yàn)在戶外進(jìn)行時(shí)，風(fēng)速會(huì)改變壓器箱體和散熱器的冷卻狀況，風(fēng)速越大，變壓器冷卻效果越好，油溫和溫差就越低。

4 結(jié) 論

1)油溫測(cè)試和絕緣油中溶解氣體分析及紅外成像檢測(cè)等數(shù)據(jù)表明變壓器運(yùn)行正常；

2)關(guān)閉所有散熱器，變壓器在空載運(yùn)行條件下變壓器溫升不超過40℃，且隨著散熱器蝶閥關(guān)閉率的提高，變壓器油溫升增長(zhǎng)越快；

3)降雪和風(fēng)速及環(huán)境溫度驟變對(duì)變壓器油溫升有一定影響。

[1] 保定天威保變電氣股份有限公司.變壓器試驗(yàn)技術(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版， 2000:529-584 Baoding Tianwei Baobian Electric. Transformer Test Technology[M]. Beijing: China Machine Press, 2000: 529-584.

[2] 操敦奎、徐維宗、阮國(guó)方.變壓器運(yùn)行維護(hù)與故障分析處理[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008:299-301 CAO Dunkui, XU Weizong, RUAN Guofang. Transformer Operation Maintenance and Fault Analysis & Treatment[M]. Beijing: China Power Press, 2008: 299-301.

[3] 中華人民共和國(guó)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì). DL/T 664-2008 帶電設(shè)備紅外診斷技術(shù)應(yīng)用導(dǎo)則[S].

[4] 周茵.紅外檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用[J].電力系統(tǒng)裝備,2003,24(9):32-36. ZHOU Yin. Application of infrared detecting technique[J]. Electric Power System Equipment, 2003,24(9): 32-36.

(編輯 陳銀娥)

Research on oil temperature test of 220kV main transformer no-load operation

JIN Zhenshan

(Electric Power Research Institute of State Grid Heilongjiang Electric Power Co., Ltd., Harbin 150030, China)

Through investigating the operation of all production units’ transformers across the province of Heilongjiang and taking a comprehensive consideration to the factors of transformer including rated capacity, voltage combination, cooling options, no-load loss, load loss and operation environment, oil temperature test is carried out on No. 2 main transformer of a 220kV substation under no-load conditions. By changing the number of radiator’s butterfly valves opened under the condition of no-load operation in the transformer, oil temperature tests are carried out under different working conditions, which provides the auxiliary basis for the study and use on transformer’s waste heat.

transformer butterfly valve; no-load operation, no-load loss

2016-11-21。

金鎮(zhèn)山(1963—)，男，高級(jí)工程師，從事電氣設(shè)備專業(yè)管理及科研工作。

TM411

A

2095-6843(2017)02-0137-04