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        修山水電站1#主變溫升過高原因分析及解決措施

        2022-03-01 07:09:52謝中慶張樹良
        廣東水利水電 2022年2期
        關(guān)鍵詞:油面電動閥主變

        謝中慶,張樹良,龔 濱

        (廣東水電二局股份有限公司,廣州 511340)

        1 概述

        修山水電站是廣東水電二局股份有限公司自主投資建設(shè)、運(yùn)營管理的第一個水電站,電站位于桃江縣境內(nèi)資水干流下游,是資水干流倒數(shù)第二級,屬低水頭河床式電站。電站安裝5臺13 MW燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組。電氣接線方式采用擴(kuò)大單元接線,經(jīng)1#主變、2#主變升壓后由110 kV修肖線、修觀線并入湖南電網(wǎng)(如圖1所示)。其中1#主變型號SF9-31500/110,為油浸自油風(fēng)冷型變壓器,共安裝8個散熱器,每個散熱器均配套安裝1臺冷卻風(fēng)機(jī),功率為1.1 kW。變壓器在運(yùn)行過程中的頂層油溫不允許超過95℃,為了防止變壓器油質(zhì)[1]劣化過速,正常運(yùn)行時頂層油溫不宜超過85℃。修山水電站1#主變冷卻采用自然油循環(huán)風(fēng)冷方式,其優(yōu)點(diǎn)是沒有潛油泵、運(yùn)行維護(hù)工作量較小,與電站少維護(hù)的理念較一致。不足之處是大容量變壓器需要安裝散熱器組多、散熱效率不高、溫升比強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻方式高;同時其占地面積大、冷卻系統(tǒng)設(shè)備費(fèi)用高,散熱器組多、滲漏點(diǎn)多,如果出現(xiàn)漏油更換較為困難。

        圖1 主變接線示意

        近年來,修山水電站1#主變在夏季高負(fù)荷[2]運(yùn)行時油面溫度常在75℃以上運(yùn)行,經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析,主變油溫較往年有所升高,如 2017年7月相比2015年7月油溫升高了約5℃。由繞組溫度與油面溫度關(guān)系式及實(shí)際運(yùn)行可知:此時繞組溫度可達(dá)85℃~90℃。根據(jù)電力變壓器六度原則,即當(dāng)變壓器繞組溫度在80℃~130℃范圍運(yùn)行時內(nèi),溫度每升高6℃,其絕緣壽命降低1/2。變壓器油面溫度如果長期處于75℃以上高溫運(yùn)行,將加速變壓器內(nèi)部繞組絕緣老化或故障,縮短變壓器的使用壽命,威脅變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        因此,在夏季豐水期機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行時,當(dāng)主變壓器油面溫度超過75℃,需調(diào)整機(jī)組出力或轉(zhuǎn)移負(fù)荷以達(dá)到降低變壓器運(yùn)行溫度,從而影響電站發(fā)電效益及主變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        2 1#主變溫升過高原因分析

        修山水電站自2006年8月投產(chǎn)以來,主變壓器運(yùn)行管理嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)規(guī)程規(guī)范,排除主變檢修維護(hù)不到位、油樣化驗(yàn)不合格、散熱風(fēng)扇未維護(hù)保養(yǎng)等情況。通過分析得知,引起變壓器溫度升高的原因主要為以下幾方面。

        2.1 機(jī)組出力增大

        近年來隨著修山水電站下游尾水河道的疏通,使得下游水流更通暢,尾水雍高現(xiàn)象得以解除,從而使機(jī)組運(yùn)行水頭得到了一定的提升。通過對比往年下游水位數(shù)據(jù),平均水頭提高了約1 m,從而使機(jī)組出力明顯提高。由于機(jī)組運(yùn)行方式優(yōu)化[3],在夏季豐水期高溫季節(jié)機(jī)組出力增大、由于主變負(fù)荷增大,從而主變在運(yùn)行時油面溫度也隨之升高。機(jī)組出力與主變油面溫度關(guān)系如圖2所示。

        圖2 機(jī)組出力與主變油面溫度關(guān)系示意

        2.2 冷卻風(fēng)機(jī)啟停設(shè)置不合理

        現(xiàn)場對1#主變冷卻系統(tǒng)PLC聯(lián)機(jī)檢查時,發(fā)現(xiàn)PLC啟動冷卻風(fēng)機(jī)程序?yàn)楫?dāng)主變油面溫度上升至70℃時,啟動單數(shù)臺冷卻風(fēng)機(jī)(4臺);當(dāng)溫度上升至75℃時,啟動全部冷卻風(fēng)機(jī)(8臺),當(dāng)溫度降至55℃時,全部冷卻風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行。由于豐水期機(jī)組出力提高,隨之主變負(fù)荷較以往增加,變壓器的溫度上升速度和上升幅度明顯增加,冷卻風(fēng)機(jī)啟停方式如果仍按此方式運(yùn)行較為不合理。

        2.3 環(huán)境因素

        因投產(chǎn)時間較早,修山水電站為戶外式升壓站,1#主變安裝于戶外升壓站內(nèi)。修山水電站升壓站依電站防洪擋墻和廠房而建,地勢低洼三面環(huán)墻,且因變壓器頂部無遮陽和升壓站三面環(huán)墻通風(fēng)[4]環(huán)境空氣不暢。夏季酷熱受陽光暴曬時環(huán)境溫度和變壓器溫度上升較快,加上變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行時各部分損耗[5]發(fā)熱,變壓器散熱效率大大降低,造成變壓器運(yùn)行時溫升過高[6]。

        3 解決主變溫升過高措施

        降低1#主變壓器在高溫酷暑和高負(fù)荷運(yùn)行條件下的油面溫度,關(guān)鍵在于改善變壓器所處場地的環(huán)境溫度和提高冷卻器運(yùn)行效率。因修山水電站為戶外式升壓站,所有設(shè)備均設(shè)置于露天環(huán)境中,設(shè)計(jì)時并未考慮在2臺主變上方布置陽光遮擋建筑物。由于變壓器高壓側(cè)三相出線瓷柱直接牽引至龍門架上,無法直接在變壓器上方增設(shè)遮擋措施,改造難度、投入成本和停電成本太大。因此,不考慮通過遮擋陽光防止變壓器暴曬的措施降溫,主要考慮通過提高冷卻效果達(dá)到降低變壓器油面溫度目的。

        3.1 調(diào)整冷卻風(fēng)機(jī)控制模式

        根據(jù)目前1#主變冷卻器分組投入運(yùn)行情況,完全可以將變壓器冷卻風(fēng)機(jī)分組啟動更改為全部啟動控制,避免變壓器溫度高而只有一組冷卻風(fēng)機(jī)啟動運(yùn)行情況。調(diào)整冷卻風(fēng)機(jī)啟停參數(shù),調(diào)低冷卻風(fēng)機(jī)啟動參數(shù)溫度,調(diào)低冷卻風(fēng)機(jī)停止參數(shù)溫度值。從而達(dá)到延緩變壓器運(yùn)行時油面溫度升高情況。具體解決方法如下:

        1)在1#主變冷卻風(fēng)機(jī)控制屏處,將1#主變油面溫度WP-80數(shù)顯控制儀內(nèi)部參數(shù)第一象限AL1參數(shù)進(jìn)行調(diào)整,啟動冷卻風(fēng)機(jī)參數(shù)值由75℃調(diào)整為65℃,停止冷卻風(fēng)機(jī)第二象限值A(chǔ)L2參數(shù)值由55℃調(diào)整為50℃。

        2)用調(diào)試電腦與冷卻器監(jiān)控[7]控制屏內(nèi)PLC程序[8]連接,打開冷卻風(fēng)機(jī)控制程序段(如圖3所示),將冷卻風(fēng)機(jī)啟停及分組啟動程序段分別進(jìn)行修改(如圖4所示)。當(dāng)1#主變油面溫度達(dá)到65℃時,啟動冷卻風(fēng)機(jī)命令到達(dá)PLC內(nèi),一次性全部啟動8臺冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行。當(dāng)停止風(fēng)機(jī)命令到達(dá)PLC時,8臺冷卻風(fēng)機(jī)全部停止運(yùn)行。

        圖3 修改前PLC風(fēng)機(jī)輪換控制程序段示意

        圖4 修改后PLC風(fēng)機(jī)輪換控制程序段示意

        3)冷卻風(fēng)機(jī)啟停參數(shù)設(shè)定和PLC程序[9]修改完畢進(jìn)行調(diào)試,當(dāng)給定設(shè)定65℃溫度值時PLC程序執(zhí)行8臺風(fēng)機(jī)全部啟動運(yùn)行,當(dāng)給定設(shè)定50℃溫度值時,PLC程序執(zhí)行風(fēng)機(jī)全部停止。

        4)在隨后的1#主變運(yùn)行過程中觀察,檢查當(dāng)1#主變油面溫度達(dá)到啟動冷卻風(fēng)機(jī)設(shè)定值65℃時,8臺冷卻風(fēng)機(jī)均能同時啟動,且運(yùn)轉(zhuǎn)正常;當(dāng)溫度達(dá)到停止冷卻風(fēng)機(jī)運(yùn)行設(shè)定值50℃,冷卻風(fēng)機(jī)同時停止運(yùn)行,達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)。

        3.2 散熱器上方安裝噴淋裝置

        通過分析研究,雖然冷卻風(fēng)機(jī)全部運(yùn)行,但不能完全達(dá)到降低主變運(yùn)行溫度的預(yù)期效果,具有一定的局限性,采取行之有效的方式(如用潔凈的常溫水)降低散熱片溫度可達(dá)到理想的降溫效果。因此,為達(dá)到有效降低1#主變運(yùn)行時的溫度,考慮在冷卻裝置[10]的散熱器上方安裝噴淋裝置(如圖5所示),噴淋水源源不斷沿散熱片上端往下流經(jīng)散熱片壁,并最終自然流到變壓器下方鋪有鵝卵石柵格網(wǎng)的集油池內(nèi),通過噴淋冷卻水對散熱器進(jìn)行輔助降溫,從而達(dá)到降低主變油溫的目的,具體解決方法和措施如下:

        圖5 主變散熱器安裝噴淋頭示意

        1)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況,選用Φ32的PPR熱熔水管采用暗埋的布置方式,將廠區(qū)生活用潔凈水連接至1#主變處,在1#主變8個散熱器上方加裝淋水噴頭,每個散熱器對應(yīng)布置一個淋水噴頭,將淋水噴頭可靠固定在散熱器的正上方(如圖6所示),淋水噴頭安裝時與扇熱器間距20 cm,盡量使噴灑水流覆蓋整個散熱器,又不造成水流的浪費(fèi)。

        圖6 主變散熱器上方安裝噴淋頭示意

        2)在供水管道中安裝功率為5 W,型號為CWX-15N微型電動閥門(如圖7所示),通過自動控制系統(tǒng)控制電動閥門開啟、關(guān)閉,同時為了方便檢修和調(diào)節(jié)噴水流量,在電動閥門水源側(cè)加裝一個手動截止閥,在實(shí)施過程中兩者配合使用。噴淋水控制箱有2種控制方式,切“自動”方式可以自動控制淋水噴頭的啟停;切“手動”方式運(yùn)行時,可以由人工進(jìn)行控制。

        圖7 噴淋電動閥示意

        3)噴淋控制箱電源取自1#主變冷卻風(fēng)機(jī)控制屏內(nèi)AC220電源,啟動噴水控制節(jié)點(diǎn)取自1#主變冷卻風(fēng)機(jī)控制屏內(nèi)主變油面溫度WP-80數(shù)顯控制儀第三象限參數(shù)AL3,設(shè)定參數(shù)值為70℃。在變壓器運(yùn)行過程中,當(dāng)起動全部冷卻風(fēng)機(jī)無法達(dá)到降低和控制主變油面溫度上升時,當(dāng)主變油面溫度達(dá)到70℃時,電動閥自動開啟,對散熱器噴淋水降溫。停止噴水控制節(jié)點(diǎn)取自1#主變冷卻風(fēng)機(jī)控制屏內(nèi)主變油面溫度WP-80數(shù)顯控制儀第四象限參數(shù)AL4,設(shè)定參數(shù)值50℃。與冷卻風(fēng)機(jī)停止參數(shù)值相同。當(dāng)主變油面溫度下降至50℃時,電動閥關(guān)閉,從而停止對散熱器噴淋水,冷卻風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行。

        4)調(diào)試和驗(yàn)證檢查。將溫度模擬信號接入1#主變油面溫度WP-80數(shù)顯控制儀,慢慢調(diào)整模擬溫度上升至70℃,將噴淋水控制箱控制方式切“自動”位置,啟動噴水控制節(jié)點(diǎn)動作,控制箱立即開啟電動閥,噴頭立即自動噴水(如圖8所示)。然后慢慢調(diào)整模擬溫度下降到50℃,停止噴水控制節(jié)點(diǎn)動作,自動關(guān)閉電動閥,噴頭停止噴水,冷卻風(fēng)機(jī)停止運(yùn)行。將噴淋水控制箱控制方式切“手動”位置,手動操作均能正??刂茋娏苎b置噴水。

        圖8 自動噴淋裝置示意

        在1#主變運(yùn)行過程中,上層油溫較高,噴淋水灑在散熱片上,當(dāng)常溫的潔凈水碰到高溫的散熱片,水汽蒸發(fā)帶走大量熱量,使散熱器內(nèi)變壓器油溫迅速降低,加快主變本體油箱與散熱器內(nèi)變壓器油循環(huán),從而有效降低主變運(yùn)行時油面溫度。滿足1#主變在夏季酷暑條件下的滿負(fù)荷運(yùn)行。

        4 散熱器噴淋冷卻水處理

        散熱器噴淋水流經(jīng)散熱片后自然掉落到1#主變壓器下方鋪有鵝卵石的柵格網(wǎng)上,然后流入集油池,通過管道流入主變壓器事故油池內(nèi)(如圖9所示)。事故油池主要為主變壓器發(fā)生事故時變壓器油流入其池內(nèi),正常運(yùn)行情況下池內(nèi)沒有油。噴淋水流入事故油池后,使用某環(huán)保公司生產(chǎn)的BYL-16XD浮油收集機(jī)(如圖10所示)進(jìn)行處理,然后再排出。

        圖9 事故油池結(jié)構(gòu)原理示意

        圖10 浮油收集機(jī)示意

        5 效果檢查

        1#變壓器冷卻方式屬于戶外油浸風(fēng)冷式,高溫季節(jié)因長時間的暴曬和高負(fù)荷運(yùn)行,導(dǎo)致1#主變運(yùn)行油面溫度高。在確定原因后,調(diào)整了冷卻風(fēng)機(jī)的啟動值及啟動方式,再針對運(yùn)行環(huán)境惡劣的因素,在1#主變散熱器上方增加了自動噴淋水系統(tǒng),通過自動控制噴淋水降低散熱器溫度,保證在酷熱天氣中1#主變在較高負(fù)荷運(yùn)行下,油面溫度不超過65℃。

        經(jīng)改造后,在夏季高溫和豐水期的2018年7—9月發(fā)電運(yùn)行過程中,每月每隔1 h全程記錄1#主變油面溫度的月平均值與前3 a的主變運(yùn)行溫度記錄進(jìn)行對比(如表1、圖11所示)。

        表1 1#主變油面溫度平均溫度對比 ℃

        圖11 1#主變油面溫度平均溫度對比示意

        從表1、圖11可知,通過調(diào)整冷卻風(fēng)機(jī)啟停方式和加裝自動噴淋系統(tǒng)后,1#主變油面平均溫度比前3 a有大幅下降,說明所采取的改造措施得當(dāng)有效,從而徹底解決了1#主變在夏季高溫、滿負(fù)荷下的運(yùn)行油面溫度高問題。

        為進(jìn)一步對比變壓器溫度降低后經(jīng)濟(jì)效益情況,統(tǒng)計(jì)了2016年、2017年、2018 3 a中7月—9月1#主變發(fā)電量(見表2)、所帶最大負(fù)荷(見表3)情況。

        表2 2016—2018年1#主變發(fā)電量對比 萬kW·h

        表3 2016—2018年1#主變最大負(fù)荷對比 MW

        從發(fā)電量、1#主變所帶負(fù)荷對比得知,通過對1#主變壓器冷卻系統(tǒng)技術(shù)改造,無論是在發(fā)電量,還是1#主變所帶最大負(fù)荷均取得了明顯的效果。2018年7—9月發(fā)電量比上2 a,平均多增加發(fā)電量為578.5萬kW·h,最大負(fù)荷提高了2.1 MW。由此可見,通過采取措施解決1#主變溫升過高,改善了貫流式水電站運(yùn)行方式[11]且提高了發(fā)電經(jīng)濟(jì)[12]效益。

        6 結(jié)語

        通過對1#主變壓器溫升過高的原因分析,制定調(diào)整冷卻風(fēng)機(jī)控制方式、加裝噴淋裝置等行之有效的解決措施,降低了夏季豐水期高溫下變壓器高負(fù)荷運(yùn)行時油面、繞組溫度。不但提高變壓器所帶負(fù)載能力和經(jīng)濟(jì)效益,同時在延長變壓器使用壽命方面也取得良好效果。

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