高自偉， 張 健， 徐 超

(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)

220 kV主變壓器負(fù)載運(yùn)行油溫測(cè)試研究

高自偉， 張 健， 徐 超

(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)

以某220kV變電站1號(hào)主變壓器為研究對(duì)象，介紹了在負(fù)載運(yùn)行條件下進(jìn)行油溫測(cè)試的前提條件和蝶閥操作次序，總結(jié)了日負(fù)載率的總體變化規(guī)律。通過(guò)開(kāi)合散熱器蝶閥來(lái)改變變壓器的散熱條件，繪制開(kāi)啟蝶閥數(shù)量與變壓器溫升關(guān)系，分析變壓器油溫與蝶閥開(kāi)合、環(huán)境溫度、風(fēng)速、負(fù)載損耗等因素的關(guān)系。通過(guò)控制負(fù)載率及蝶閥，可以有效控制出口油溫，為變壓器余熱利用奠定現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)。

變壓器；負(fù)載運(yùn)行；負(fù)載損耗；油溫測(cè)試

變壓器負(fù)載條件下的油溫測(cè)試是通過(guò)改變變壓器在負(fù)載運(yùn)行條件下散熱器蝶閥開(kāi)啟數(shù)量來(lái)完成的，變壓器溫升值越高，表明單位可控可利用余熱量越多，這些研究為變壓器余熱利用提供了重要輔助依據(jù)[1-2]。本文綜合考慮了黑龍江省內(nèi)各生產(chǎn)單位變壓器的運(yùn)行情況(包括變壓器額定容量、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)，以某220 kV變電站1號(hào)主變壓器為研究對(duì)象，開(kāi)展了不同工況下變壓器油溫的測(cè)試工作。

1 測(cè)試原理及測(cè)試內(nèi)容

運(yùn)行中變壓器的損耗轉(zhuǎn)化為熱量，變壓器油受熱向上運(yùn)動(dòng)，因而變壓器上層油溫較高。變壓器上層熱油經(jīng)過(guò)散熱器上端蝶閥進(jìn)入散熱器，熱油降溫后向下流動(dòng)，經(jīng)下端蝶閥流回變壓器本體，從而完成整個(gè)循環(huán)冷卻過(guò)程，這就是變壓器油的“煙囪效應(yīng)”?？梢酝ㄟ^(guò)關(guān)閉散熱器上端或下端任意一個(gè)蝶閥來(lái)關(guān)閉循環(huán)油路，散熱器將隨即停止工作，考慮到人身安全和操作方便，選擇關(guān)閉散熱器下端蝶閥來(lái)改變變壓器的散熱條件，進(jìn)行油溫測(cè)試[3]。

變壓器需要具備以下條件來(lái)保證測(cè)試順利進(jìn)行：變壓器在空載運(yùn)行條件下運(yùn)行穩(wěn)定；變壓器各種保護(hù)正常投入；經(jīng)紅外熱成像儀測(cè)試，變壓器無(wú)過(guò)熱現(xiàn)象；變壓器油中溶解氣體色譜分析等在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)合格；變壓器油溫顯示儀主變油溫顯示準(zhǔn)確、可靠[4]。

1.1 變壓器主要參數(shù)

型號(hào)：SFSZ11-90 000/220

額定容量：90 000 kVA/90 000 kVA/45 000 kVA

電壓組合：(220±8×1.25%)/66/10.5 kV

冷卻方式：ONAN/ONAF(70%/100%)

負(fù)荷損耗：347.005kW(高-中)、128.157kW(高-低) 、96.014kW(中-低)

空載損耗：58.560 kW

空載電流：0.15%

1.2 蝶閥操作次序

關(guān)閉蝶閥順序見(jiàn)表1，開(kāi)啟蝶閥順序見(jiàn)表2，散熱器編號(hào)如圖1所示。

表1 關(guān)閉散熱器蝶閥操作Table 1 Operation in closing radiator butterfly values

表2 開(kāi)啟散熱器蝶閥操作Table 2 Operation in opening radiator butterfly values

圖1 變壓器散熱器布置圖Fig.1 Radiator layout of transformer

1.3 試驗(yàn)期間負(fù)荷情況

在前期調(diào)研階段，從運(yùn)行人員處了解到，1號(hào)主變壓器5月上旬每天的日負(fù)荷曲線基本相同。試驗(yàn)期間每間隔1 h對(duì)高壓側(cè)線電壓、線電流、有功負(fù)荷和無(wú)功負(fù)荷等數(shù)據(jù)進(jìn)行一次記錄。時(shí)間起始點(diǎn)為每天12:00，5月17日-5月21日負(fù)的載率曲線如圖2所示。由以上數(shù)據(jù)和圖表分析可知，5月17日-5月21日負(fù)載率總體變化規(guī)律相同，變化范圍依次為19.49%～38.53%、20.18%～36.01%、19.43%～38.77%、19.09%～38.62%和19.43%～39.75%。

圖2 負(fù)載率曲線Fig.2 Load rate curves

1.4 關(guān)閉蝶閥油溫測(cè)試

用紅外熱成像儀進(jìn)行變壓器紅外測(cè)溫，同時(shí)監(jiān)測(cè)變壓器油中溶解氣體色譜分析數(shù)據(jù)，如果均無(wú)異常，則開(kāi)始油溫測(cè)試工作。按表1所示順序，依次關(guān)閉相應(yīng)的散熱器蝶閥，每小時(shí)記錄一次變壓器頂層油溫、高壓側(cè)線電壓、線電流、有功負(fù)荷、無(wú)功負(fù)荷、環(huán)境溫度和濕度等數(shù)據(jù)。每天進(jìn)行兩次關(guān)閉蝶閥操作，時(shí)間分別為9:00和17:00，依次選取負(fù)載率約為27%、30%、33%和36%時(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)，繪制關(guān)閉蝶閥數(shù)量與變壓器溫升關(guān)系曲線。以負(fù)載率約為27%為例，關(guān)閉蝶閥數(shù)量與變壓器溫升變化曲線采用三次多項(xiàng)式擬合，如圖3所示。

圖3 負(fù)載率27%時(shí)關(guān)閉蝶閥數(shù)量與溫升曲線圖Fig.3 Curve diagram of relationship between closing butterfly value quantity and temperature rise when load rate is 27%

1.5 開(kāi)啟蝶閥油溫測(cè)試

每天進(jìn)行兩次開(kāi)啟蝶閥操作，具體開(kāi)啟次序見(jiàn)表2，操作時(shí)間分別為9:00和17:00，選取環(huán)境溫度相近、負(fù)載率約為33%的測(cè)量數(shù)據(jù)，繪制開(kāi)啟蝶閥數(shù)量與變壓器溫升關(guān)系曲線如圖4所示。

圖4 開(kāi)啟蝶閥數(shù)量與溫升曲線圖Fig.4 Curve diagram of relationship between opening butterfly value quantity and temperature rise

2 試驗(yàn)分析

2.1 溫升和負(fù)荷數(shù)據(jù)分析

假定試驗(yàn)期間風(fēng)速、環(huán)境溫度和濕度等氣象條件不發(fā)生驟變，選定溫升和負(fù)荷作為特征值，以此觀測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。理想測(cè)試狀態(tài)下，保持負(fù)荷恒定，進(jìn)行蝶閥操作，完成一個(gè)“關(guān)閉—開(kāi)啟”測(cè)試循環(huán)后，再改變負(fù)載率，進(jìn)行下一組測(cè)試。但考慮到生產(chǎn)實(shí)際，測(cè)試期間很難實(shí)現(xiàn)負(fù)荷恒定，測(cè)試期間日負(fù)荷曲線變化規(guī)律相同，因此每天操作蝶閥的時(shí)間固定不變，選為9:00和17:00，這樣既可以得到不同負(fù)荷條件下的測(cè)試數(shù)據(jù)，又可以降低不同蝶閥操作時(shí)負(fù)荷波動(dòng)對(duì)溫升的影響。圖5為不同負(fù)荷情況下蝶閥關(guān)閉數(shù)量與溫升關(guān)系擬合曲線，從中可以看出，負(fù)載率越高，整體溫升曲線越高；溫升隨著蝶閥關(guān)閉的數(shù)目而上升，單次蝶閥關(guān)閉率越大，溫升增長(zhǎng)越大。

圖5 蝶閥關(guān)閉數(shù)量與溫升關(guān)系曲線Fig.5 Curve diagram of relationship between closing butterfly value quantity and temperature rise

2.2 環(huán)境影響因素分析

由于試驗(yàn)在戶外進(jìn)行，風(fēng)速對(duì)變壓器箱體和散熱器的冷卻效果影響較大，風(fēng)速越大，油溫和溫升就越低，變壓器冷卻效果就越好。尤其在關(guān)閉蝶閥測(cè)試的后期，變壓器主要靠箱體與空氣間自然散熱，風(fēng)速大小對(duì)頂層油溫和溫升的影響尤為顯著；試驗(yàn)期間降雨會(huì)使散熱條件得到改善，相同環(huán)境溫度下，溫升降低。

3 結(jié) 論

油溫測(cè)試和紅外熱成像檢測(cè)及變壓器油中溶解氣體色譜分析等數(shù)據(jù)都表明變壓器運(yùn)行正常。鑒于部分散熱器關(guān)閉不嚴(yán)，變壓器在負(fù)載率為27%～36%運(yùn)行條件下變壓器溫升達(dá)41℃，推測(cè)散熱器全部關(guān)閉后，溫升應(yīng)高于41℃。負(fù)載率越高，蝶閥關(guān)閉數(shù)量越多，溫升關(guān)系曲線越高。風(fēng)速、降雨及環(huán)境溫度驟變對(duì)變壓器油溫升有一定影響[5-7]。不難推斷，通過(guò)控制負(fù)載率及蝶閥，可以有效控制出口油溫，進(jìn)而為變壓器余熱利用提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

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(編輯 侯世春)

Study on oil temperature test of 220 kV main transformer during load operation

GAO Ziwei, ZHANG Jian, XU Chao

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

In this paper, taking No. 1 main transformer of a 220kV substation as the research object, the premise during the temperature test and the butterfly value operation sequence are introduced under the condition of load operation and the general changing law of daily load rate is summarized. By opening and closing the radiator butterfly valve to change heat dissipation condition of transformer, relationship between opening butterfly valve quantity and transformer temperature rise is drawn and the relationships between transformer oil temperature and valve opening and closing, environment temperature, wind speed, load loss or other factors are analyzed. Through controlling load rate and the butterfly valve, the outlet oil temperature can be effectively controlled, which lays a solid foundation for the utilization of the waste heat of the transformer.

transformer; load operation; load loss;oil temperature test

2017-03-03。

高自偉(1979—)男,高級(jí)工程師，主要從事電氣設(shè)備專業(yè)管理及科研工作。

TM411

A

2095-6843(2017)03-0252-03