浙江浙能樂(lè)清發(fā)電有限責(zé)任公司 龐雷

1 引言

勵(lì)磁變壓器受到容量、安裝位置、材料、結(jié)構(gòu)和散熱方式等因素的影響，導(dǎo)致此類變壓器在夏季機(jī)組接近滿載工況運(yùn)行下，繞組及鐵芯溫度通?！?00℃。雖然勵(lì)磁變一般為F 級(jí)絕緣，繞組最高可承受溫度為155℃，但通過(guò)實(shí)際運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期高溫運(yùn)行后的變壓器，鐵芯絕緣漆剝落嚴(yán)重，低壓繞組絕緣易出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象，容易影響絕緣材料的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)造成薄弱部位絕緣、擊穿。目前主要通過(guò)啟動(dòng)散熱風(fēng)扇對(duì)變壓器繞組進(jìn)行局部風(fēng)冷降溫。但這種冷卻方式存在以下弊端。

一是由于冷卻風(fēng)扇往往安裝在底部，吹風(fēng)時(shí)會(huì)造成底部迎風(fēng)面的繞組和鐵芯溫度很低，而頂部背風(fēng)面溫度高的情況會(huì)造成繞組上下溫度不均勻。

二是大量未經(jīng)過(guò)濾的冷卻風(fēng)造成繞組風(fēng)道內(nèi)積灰嚴(yán)重，從而影響變壓器散熱效果。

三是風(fēng)機(jī)在變壓器內(nèi)部，如遇故障必須停用變壓器更換。

四是風(fēng)機(jī)啟停時(shí)溫度波動(dòng)大，頻繁熱脹冷縮影響夾件緊固度和絕緣壽命。

因此，需要探討如何使勵(lì)磁變均勻而平穩(wěn)地散熱。

2 解決思路

以某電廠發(fā)電機(jī)組為例，機(jī)組容量660MW，勵(lì)磁變?nèi)萘?200kVA。同類型勵(lì)磁變被排查出繞組存在絕緣薄弱的隱患，其原因是局部高溫引起，故計(jì)劃將其進(jìn)行更換。因此，電廠設(shè)備管理人員希望通過(guò)使用強(qiáng)迫風(fēng)冷的形式對(duì)勵(lì)磁變進(jìn)行持續(xù)散熱，以達(dá)到整體降低溫度的目的。

在電廠內(nèi)，使用強(qiáng)迫風(fēng)冷的設(shè)備并不少，DCS的機(jī)柜、變頻器等電子設(shè)備均采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，但用在勵(lì)磁變中仍存在以下難點(diǎn)。

一是除進(jìn)出風(fēng)道外，變壓器必須為全封閉結(jié)構(gòu)，需要定制外殼。

二是冷卻風(fēng)量的調(diào)節(jié)，需要做到平穩(wěn)控制溫度。

三是冷卻風(fēng)道的布置，需要做到均勻降溫。

為解決以上問(wèn)題并結(jié)合電廠實(shí)際運(yùn)行、維護(hù)、檢修需要，在勵(lì)磁變招標(biāo)書中即對(duì)勵(lì)磁變?cè)趶?qiáng)迫風(fēng)冷方面做了一些要求。

3 勵(lì)磁變定制情況

新勵(lì)磁頂部每邊各設(shè)3臺(tái)風(fēng)機(jī)，一共6臺(tái)，底部為進(jìn)風(fēng)口，設(shè)濾網(wǎng)。

風(fēng)冷采用上拉風(fēng)方式，風(fēng)機(jī)裝于變壓器頂部側(cè)面，可在運(yùn)行時(shí)更換。冷卻風(fēng)通過(guò)下部濾網(wǎng)，進(jìn)入繞組下部，對(duì)繞組和鐵芯進(jìn)行冷卻。風(fēng)機(jī)出口設(shè)有自動(dòng)百葉，當(dāng)風(fēng)機(jī)停運(yùn)時(shí)可以自動(dòng)關(guān)閉出風(fēng)口，防止冷卻風(fēng)倒吸。外置引風(fēng)機(jī)6 臺(tái)，風(fēng)機(jī)采用3 相380V 電壓，并引出相應(yīng)的電源線接至冷卻風(fēng)機(jī)控制箱，電機(jī)功率2.38kW。除外部引風(fēng)機(jī)外，變壓器內(nèi)部在繞組底部還需安裝6 組風(fēng)機(jī)用于冷卻增效。

4 勵(lì)磁變安裝及風(fēng)機(jī)調(diào)試

勵(lì)磁變于2018年3月運(yùn)抵電廠，經(jīng)過(guò)一周的安裝后開始進(jìn)入冷態(tài)調(diào)試階段，這一階段主要調(diào)試單臺(tái)和多臺(tái)的風(fēng)機(jī)啟?？刂圃囼?yàn)，雙電源切換試驗(yàn)，風(fēng)量試驗(yàn)。2018年4月7日機(jī)組并網(wǎng)，從23時(shí)至次日7時(shí)，機(jī)組負(fù)荷穩(wěn)定在600MW，勵(lì)磁變最高溫度穩(wěn)定在76℃。此時(shí)風(fēng)機(jī)運(yùn)行2臺(tái)。

機(jī)組運(yùn)行半年內(nèi)，電廠人員在運(yùn)行中對(duì)勵(lì)磁變風(fēng)機(jī)啟動(dòng)的臺(tái)數(shù)、風(fēng)機(jī)布局、進(jìn)風(fēng)口開度、進(jìn)風(fēng)角度等參數(shù)進(jìn)行了多次調(diào)節(jié)。正常運(yùn)行時(shí)，啟動(dòng)2 臺(tái)風(fēng)機(jī)最宜，嘗試僅開1 臺(tái)的情況，各繞組溫升會(huì)提高7℃左右。嘗試開啟3 臺(tái)風(fēng)機(jī)，因風(fēng)機(jī)出力過(guò)大，考慮到外殼承壓能力不足，不建議執(zhí)行。

風(fēng)機(jī)運(yùn)行以AC 相對(duì)角運(yùn)行最宜。嘗試全B 相風(fēng)機(jī)運(yùn)行，AC相溫度有略微升高，B相溫度變化不明顯。嘗試全A 相或全C 相運(yùn)行，B 相溫度上升明顯。

加大繞組底部進(jìn)風(fēng)量能夠明顯降低繞組溫度。由于出廠時(shí)進(jìn)風(fēng)口的開口過(guò)大，導(dǎo)致部分冷卻風(fēng)直接沿著變壓器外殼的內(nèi)壁流走，未參與內(nèi)桶低壓繞組的冷卻，因此，當(dāng)使用節(jié)流板和導(dǎo)流片加大底部的送風(fēng)后，溫度繞組溫度明顯下降。

開啟勵(lì)磁變底部送風(fēng)機(jī)后（功率90W），繞組溫度下降非常明顯，但鑒于速率過(guò)快只作為后備冷卻用，啟動(dòng)定值被設(shè)置在95℃，后期需要加入變頻控制進(jìn)行調(diào)節(jié)。

濾網(wǎng)以2月更換一次為宜，每次更換濾網(wǎng)后繞組溫度可下降5℃左右，濾網(wǎng)選擇30 目的聚氨酯防塵過(guò)濾棉，厚度為1cm。

經(jīng)過(guò)第一階段的初步條件和試運(yùn)行，表明勵(lì)磁變使用強(qiáng)迫風(fēng)冷的方式可行，夏季高負(fù)荷時(shí)勵(lì)磁變B 相溫度與負(fù)荷曲線如圖1所示。2019年8月份，設(shè)備投運(yùn)1年后，機(jī)組負(fù)荷從12 時(shí)～18 時(shí)一直處于滿發(fā)狀態(tài)，勵(lì)磁變繞組最高溫度可被控制在90℃以內(nèi)。但從曲線看，繞組溫度變化隨著負(fù)荷變化明顯，機(jī)組低負(fù)荷時(shí)繞組溫度70℃，高負(fù)荷時(shí)90℃，均勻性不佳，因此，需要通過(guò)變頻調(diào)節(jié)的手段控制風(fēng)機(jī)出力，從而達(dá)到繞組溫度曲線平緩的效果。

圖1 勵(lì)磁變B相溫度與負(fù)荷曲線

5 風(fēng)機(jī)變頻調(diào)速

變頻器的控制策略示意圖如圖2所示。

圖2 變頻器的控制策略示意圖

風(fēng)機(jī)的變頻調(diào)速是通過(guò)變頻器將原50Hz 的交流電頻率降低或升高，從而達(dá)到改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的效果。變頻器的輸出大小可通過(guò)PID 進(jìn)行控制，目前市面上大部分變頻器均自帶PID模塊。

變頻器上電后，接收來(lái)自繞組溫度的4～20mA信號(hào)，當(dāng)負(fù)荷升高，繞組溫度上升至82℃時(shí)，喚醒變頻器，但此時(shí)還未到85℃的目標(biāo)值，冷卻風(fēng)機(jī)處于最小功率輸出模式。如溫度持續(xù)上升，接近85℃時(shí)，變頻器內(nèi)的PID 模塊會(huì)根據(jù)溫升速率調(diào)節(jié)輸出大小，直至將溫度保持在85℃左右。這是一個(gè)簡(jiǎn)單的負(fù)反饋控制系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)比繞組溫度與設(shè)定值的偏差來(lái)控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低。

2020年4月，結(jié)合機(jī)組檢修，加裝了變頻器控制箱，并對(duì)原有電氣回路進(jìn)行改進(jìn)，當(dāng)處于變頻模式下時(shí)，頂部和底部風(fēng)機(jī)的動(dòng)力電源由變頻器提供，因此控制回路與動(dòng)力回路需要單獨(dú)從雙電源裝置處獲取，以防止控制回路頻率改變后接觸器無(wú)法正常工作，并設(shè)置有變頻/工頻轉(zhuǎn)換開關(guān)。

鑒于原風(fēng)機(jī)為非變頻專用風(fēng)機(jī)，因此起始的轉(zhuǎn)速不宜過(guò)低，通過(guò)冷態(tài)下的反復(fù)調(diào)試，認(rèn)為12%的初始轉(zhuǎn)速可以滿足要求，此時(shí)電機(jī)外殼溫度可以被控制在≤50℃。

調(diào)試完畢后，勵(lì)磁變B 相溫度與負(fù)荷的典型曲線2如圖3所示。

圖3 勵(lì)磁變B相溫度與負(fù)荷曲線2

16h 內(nèi)機(jī)組負(fù)荷最高點(diǎn)達(dá)到650MW,最低點(diǎn)在327MW，且在后半段存在連續(xù)性的負(fù)荷擺動(dòng)。在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)，勵(lì)磁變B 相最高溫度可控制在77～86℃。在前半段負(fù)荷630MW 的穩(wěn)定期時(shí)，溫度穩(wěn)定在86℃，中段負(fù)荷先銳減至450MW，最低至330MW，由于發(fā)熱量的迅速下降，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速也同時(shí)降低，降至最低轉(zhuǎn)速后，勵(lì)磁變最低溫度被控制在80℃，此時(shí)機(jī)組負(fù)荷經(jīng)歷了2 輪擺動(dòng)，勵(lì)磁變溫度波動(dòng)為1℃左右。

20點(diǎn)后，晚高峰來(lái)臨，期間機(jī)組負(fù)荷高點(diǎn)達(dá)到650MW，并經(jīng)歷了4輪擺動(dòng)，勵(lì)磁變溫度變化約為1℃。晚高峰結(jié)束后機(jī)組負(fù)荷迅速下降至380MW左右，風(fēng)機(jī)出力隨之降低，變壓器溫度最低至77℃。

6 結(jié)語(yǔ)

自2018年4月，經(jīng)過(guò)4年的運(yùn)行，勵(lì)磁變的溫度始終能夠控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。通過(guò)歷次調(diào)停后對(duì)勵(lì)磁變的檢查發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部除有少量浮灰外，其他部位依舊如新，各處絕緣漆未見鼓包和剝落現(xiàn)象。特別是第二階段加入變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速后，繞組溫度可以被控制在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，當(dāng)負(fù)荷在小范圍連續(xù)變化時(shí)，繞組溫度的變化僅在1℃左右。因此，勵(lì)磁變通過(guò)變頻器進(jìn)行強(qiáng)迫風(fēng)冷卻運(yùn)行的方式是可行且成功的。