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        關(guān)于干式變壓器冷卻方式及改進(jìn)若干問(wèn)題探討

        2020-10-29 23:44:16易吉良
        關(guān)鍵詞:控制方式冷卻系統(tǒng)改進(jìn)措施

        易吉良

        摘要:隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)制造水平的不斷提升,國(guó)內(nèi)各個(gè)地區(qū)電網(wǎng)建設(shè)工作越來(lái)越具規(guī)模化,干式變壓器的使用需求也不斷增加。在電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中干式變壓器的溫度過(guò)高往往會(huì)導(dǎo)致故障甚至事故的發(fā)生?;诖耍疚膶?duì)干式變壓器冷卻相關(guān)話題進(jìn)行詳細(xì)闡述,并提成了一些干式變壓器冷卻的改進(jìn)措施,通過(guò)控制干式變壓器的運(yùn)行溫度使冷卻系統(tǒng)得到合理的利用,從而使提高了干式變壓器安全性以及使用年限。

        關(guān)鍵詞:干式變壓器;冷卻系統(tǒng);控制方式;改進(jìn)措施

        近年來(lái),隨著綠色工業(yè)節(jié)能減排理念不斷深化,節(jié)能環(huán)保越來(lái)越受到社會(huì)關(guān)注和重視,對(duì)于變壓器制造行業(yè),我國(guó)相關(guān)部門(mén)也頒布了相應(yīng)的文件以規(guī)范變壓器的能效標(biāo)準(zhǔn)、環(huán)境噪音等級(jí),二氧化碳排放量等各項(xiàng)指標(biāo),例如在2013年6月頒布的GB20052-2013《三相配電變壓器能效限定值及能效等級(jí)》。油浸式變壓器在安全、環(huán)保方面會(huì)有很多問(wèn)題,而干式變壓器絕緣介質(zhì)為空氣,不存在滲漏油問(wèn)題,而且運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單。在我國(guó)干式變壓器產(chǎn)量占配電變壓器的百分比在逐年上升,特別是在一些特殊領(lǐng)域,如變頻移相整流變壓器、光伏發(fā)電用變壓器等。做好干式變壓器的冷卻系統(tǒng)及優(yōu)化對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及電網(wǎng)工程的可持續(xù)發(fā)資都有著不可忽略的重大意義。

        一、干式變壓器的類(lèi)別特點(diǎn)及冷卻方式

        按制造工藝可分為非包封空氣絕緣干式變壓器和樹(shù)脂絕緣干式變壓器,根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)、絕緣材料的溫度等級(jí),干式變壓器可分為6類(lèi),如表1所示:

        干式變壓器是依靠空氣對(duì)流進(jìn)行冷卻的變壓器,簡(jiǎn)單的說(shuō)干式變壓器就是指鐵芯和繞組不浸漬在絕緣油中的變壓器,冷卻方式分為自然空氣冷卻(AN)和強(qiáng)迫空氣冷卻(AF)。自然空冷時(shí),變壓器可在額定容量下長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。強(qiáng)迫風(fēng)冷時(shí),變壓器輸出容量可提高50%。適用于斷續(xù)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行,或應(yīng)急事故過(guò)負(fù)荷運(yùn)行;由于過(guò)負(fù)荷時(shí)負(fù)載損耗和阻抗電壓增幅較大,處于非經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài),故不應(yīng)使其處于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。干式變壓器接近負(fù)荷中心,往往被裝設(shè)到戶內(nèi)。變壓器正常運(yùn)行時(shí),特別是長(zhǎng)時(shí)間或過(guò)負(fù)荷工作后,由于自身殼體密封較好或工作環(huán)境溫度較高,變壓器產(chǎn)生的大量熱量無(wú)法迅速散出,使變壓器溫度急劇升高,加速絕緣老化甚至可能使變壓器受到損壞,嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致上級(jí)供電系統(tǒng)全停。為了保證變壓器在運(yùn)行時(shí)繞組及鐵芯溫度保持正常,溫升在合理范圍,需要對(duì)某些不符合上述條件的變壓器進(jìn)行冷卻系統(tǒng)改造,保證變壓器的工作溫度在其工作范圍內(nèi)。

        二、干式變壓器溫度升高的原因分析

        干式變壓器溫升的主要原因是由變壓器運(yùn)行中所產(chǎn)生的損耗引起的。變壓器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的損耗轉(zhuǎn)化為熱量,使溫度升高,熱量向周?chē)詡鲗?dǎo)、對(duì)流和輻射的方式擴(kuò)散。由于低壓繞組處于鐵芯和高壓繞組的內(nèi)部,其散熱方式主要是通過(guò)氣道內(nèi)與空氣的對(duì)流進(jìn)行,但是由于氣道內(nèi)空氣流速有限,故散熱性能欠佳。而高壓繞組處于外側(cè),不僅可以通過(guò)與空氣對(duì)流散熱,還可以采取輻射方式來(lái)散熱,散熱條件明顯好于低壓繞組。在干式變壓器的溫度變化中,外殼散熱好壞是影響溫度上升的主要原因。干式變壓器外殼如果通風(fēng)不暢,殼內(nèi)空氣無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效流動(dòng),將在很大程度上影響殼內(nèi)溫度的散失,導(dǎo)致殼內(nèi)溫度不斷上升。干式變壓器散熱方式為自然風(fēng)冷(AN),結(jié)構(gòu)較為密閉,只有四周上、下部分采用密孔通風(fēng),散熱條件較差。環(huán)境因素也是影響變壓器溫升的一個(gè)方面。當(dāng)夏季氣溫達(dá)到最高的時(shí)候,電氣負(fù)荷也達(dá)到了最大值或短時(shí)過(guò)負(fù)荷,如果周?chē)O(shè)備較多,空氣流通不良,環(huán)境溫度較高,這樣導(dǎo)致的變壓器溫度快速升高。另外,變壓器運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng),部分元件如絕緣件及鐵芯絕緣的逐漸老化導(dǎo)致其鐵、銅損加大,也會(huì)造成了變壓器的運(yùn)行溫度上升。

        三、干式變壓器的散熱與過(guò)載能力改進(jìn)措施

        3.1 干式變壓器的散熱改進(jìn)

        干式變壓器的電磁載體,如鐵心、繞組以及漏磁場(chǎng)所能交鏈的結(jié)構(gòu)件等,均為發(fā)熱體,其中鐵心和繞組為主要的發(fā)熱體。其產(chǎn)生的熱量通過(guò)熱傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射形式直接散于周?chē)睦鋮s介質(zhì)(空氣)中去。非包封空氣絕緣干式變壓器可直接探測(cè)繞組各點(diǎn)溫度,控制熱點(diǎn)溫度。樹(shù)脂絕緣干式變壓器繞組被環(huán)氧樹(shù)脂層所包封,繞組各點(diǎn)溫度不便于直接探測(cè),熱點(diǎn)溫度不易控制。在干式變外殼外側(cè)裝設(shè)兩臺(tái)風(fēng)機(jī),之間通過(guò)風(fēng)道聯(lián)通,可以?xún)膳_(tái)同時(shí)運(yùn)行,亦可互為備用。風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口裝粗濾網(wǎng),出風(fēng)口裝細(xì)濾網(wǎng),出風(fēng)口裝設(shè)蝶閥,可以將任意一臺(tái)風(fēng)機(jī)隔離出來(lái)檢修。在干式變?nèi)喔摺⒌蛪豪@組下方開(kāi)若干圓孔,邊上裝設(shè)導(dǎo)流板,使風(fēng)吹向繞組冷卻風(fēng)槽,從而保證散熱效果最佳。風(fēng)道連通,可以互為備用。其優(yōu)點(diǎn)主要是風(fēng)機(jī)置于干式變外殼的外側(cè),運(yùn)行狀況隨時(shí)可以檢測(cè),檢修方便,具體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1:

        3.2 干式變壓器的過(guò)載利用

        通過(guò)散熱能力分析,非包封空氣絕緣干式變壓器具有顯著優(yōu)勢(shì),良好的散熱能力是高過(guò)載能力的一個(gè)必備條件。非包封空氣絕緣干式變壓器最高耐熱等級(jí)為R級(jí),樹(shù)脂絕緣干式變壓器最高耐熱等級(jí)為H級(jí)。依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),同樣制造H級(jí)干式變壓器,非包封空氣絕緣干式變壓器約有20%的過(guò)載能力。干式變壓器的過(guò)載能力與環(huán)境溫度、過(guò)載前負(fù)荷(初始負(fù)荷)、變壓器的絕緣散熱量和加熱時(shí)間常數(shù)有關(guān)。變壓器容量的選擇計(jì)算可以減少一些軋鋼的考慮,焊接等設(shè)備的沖擊過(guò)載的可能性,充分利用干式變壓器的過(guò)載能力強(qiáng),降低變壓器的容量;利用干式變壓器的過(guò)載能力,在考慮其備用容量時(shí)可予以壓縮;在確定備用臺(tái)數(shù)時(shí)亦可減少。變壓器處于過(guò)載運(yùn)行時(shí),一定要注意監(jiān)測(cè)其運(yùn)行溫度:若溫度上升達(dá)155℃(有報(bào)警發(fā)出)即應(yīng)采取減載措施(減去某些次要負(fù)荷),以確保對(duì)主要負(fù)荷的安全供電。

        3.3干式變壓器的合理低壓出線

        短接變壓器的“輸入”與“輸出”接線端子用兆歐表測(cè)試其與地線的絕緣電阻。1000V兆歐表測(cè)量時(shí),阻值大于2M歐姆。變壓器輸入、輸出電源線截面配線應(yīng)滿足其電流值大小的要求;按照2-2.5A/min2電流密度配置為宜。輸入、輸出三相電源線應(yīng)按變壓器接線板母線顏色黃、綠、紅分別接A相、B相、C相,零線應(yīng)與變壓器中性零線相接,接地線、變壓器外殼以及變壓器中心點(diǎn)相連接.平常我們說(shuō)的地線與零線都是從變壓器中性點(diǎn)引出的。(如變壓器有機(jī)箱應(yīng)與箱體地線標(biāo)志對(duì)應(yīng)相連接)。檢查輸入輸出線,確認(rèn)正確無(wú)誤。先空載通電,觀察測(cè)試輸入輸出電壓符合要求。同時(shí)觀察機(jī)器內(nèi)部是否有異響、打火、異味等非正?,F(xiàn)象,若有異常,請(qǐng)立即斷開(kāi)輸入電源。當(dāng)空載測(cè)試完成且正常后,方可接入負(fù)載。

        四、結(jié)語(yǔ)

        總之,干式變壓器的運(yùn)行溫度高低對(duì)其使用壽命及安全運(yùn)行起決定性的作用,干式變壓器冷卻系統(tǒng)的效率及可靠性,是降低變壓器運(yùn)行溫度的必不可少的手段,因此對(duì)于變壓器冷卻系統(tǒng)改造,降低變壓器運(yùn)行溫度是能夠確保設(shè)備可靠安全運(yùn)行措施。

        參考文獻(xiàn):

        [1]干式變壓器帶外殼時(shí)的溫升分析[J]. 霍東起,李占元,韓冬杰. ?變壓器. 2019(02)

        [2]干式變壓器繞組溫度場(chǎng)研究及結(jié)構(gòu)優(yōu)化[D].朱軍,科學(xué)與技術(shù). 2019(12)

        [3]樹(shù)脂澆注式干式變壓器繞組間氣道內(nèi)氣流分布的研究[J].朱恒宣. 電力設(shè)備. 2019(12)

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