220kV主变冷却系统改进

陈卓

摘 要：望亭电厂1号主变位于燃气机组，其高压侧与220kV开关相连，低压侧连接高厂变与发电机出口开关。燃机的并网与解列通过发电机出口开关实现。机组解列后主变承担少量厂用电负载。燃机并网运行时，主变负载高，主变冷却器根据负荷电流，运行4组；机组解列后，主变负载小，温升低，冷却器运行3组，此时主变上层油温温升低，实际不需要冷却器3组运行。燃气轮机为调峰运行，单台机组年停用时间约5000小时，燃机的运行特性为主变冷却系统节能的改进提供了空间。

关键词：冷却系统；逻辑；改进分析

中图分类号：TM416 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）12-0201-01

1 1号机组变压器及其冷却系统运行概况

主变由东芝变压器制造，型号SFP-480000/220，额定电流1174/14586A，空载损耗211.5kW，负载损耗868.8kW，冷却方式为强油风冷。主变共装设有5组冷却器，每组冷却器冷却容量为250kW。每组冷却器有2台冷却风机，额定功率2.2kW，额定风量9.8m3/s，1台潜油泵，额定功率2.2kW，额定流量1600L/min。正常运行时冷却器工作位置为3组“工作”位置，1组“备用”位置，1组“辅助”位置。

冷却器控制逻辑：（1）主变冷却装置控制方式放“工作”位置，当主变220kV开关合闸时，冷却器自动投入，主变220kV开关分闸后，冷却器自动停用。（2）当主变负荷电流大于70%额定电流或上层油温大于65℃，主变辅助冷却器启动；当上层油温小于55℃，主变辅助冷却器停用。（3）当运行中的工作、辅助冷却器发生故障时，备用冷却器启动。

2 冷却系统改进的可行性

2.1 冷却系统改进后应达到的要求

1号主变上层油温温升规定不大于55K，上层油温不高于95℃。实际机组并网主变带负荷运行时，温升一般小于40K，油温不超过70℃；而在机组解列后，主变少量厂用电负荷，上层油温温升在15K以内。

主变损耗P包括空载损耗Po与负载损耗Pg，机组停用后，仅少量辅助设备运行，主变负载极低，低压侧电流一般在50A左右，额定电流为14586A，复杂损耗Pg与电流的平方成正比，所以负载损耗Pg可以忽略不计。主变损耗P基本为空载损耗Po。

2.2 减少冷却器组数后上层油温温升的理论计算

1号主变空载损耗Po=216.8kW，单组冷却器额定冷却容量为250kW，实际3台冷却器的了冷却量远大于空载损耗。

实但际冷却器因运行时长，冷却器脏污，实际冷却效果降低，为计算冷却器最少可行数量，采集了主变在不同环境温度下的上层油温。如表1所示。

稳态传热Q=H*A*ΔT

Q为单位时间内面积A上的传热热量，单位W，；H称为表面对流传热系数，单位W/（m^2.K）；A为壁面面积，单位m^2；ΔT分别为固体表面和流体的温度差，单位K。

其中每组冷却器热交换面积相同，A为定制，可假设为1。换热系数随工质流速、流量、温差等参数变化，冷却器内潜油泵油流量变化会引起系数变化。

H=Q/ΔT=冷却器承担的冷却量/油温温升/冷却器组数

根据数据计算：

上层油温温升最大时，对应H1=216.8kW/3/13.18K=5.48kW/K

上层油温温升最小时，对应H2=216.8kW/3/10.92K=6.62kW/K

从表中可观察环境环境温度较高时，对应上层油温温升较小。分析原因，由于油粘度较低，流速高，换热效果较好，所以上层油温温升偏低。

假设投用2组冷却，以不同系数计算上層油温温升：

ΔT1=216.8/2/5.48=19.78K

ΔT2=216.8/2/6.62=16.37K

假设投用1组冷却，计算上层油温温升：

ΔT1=216.8/5.48=39.56K

ΔT2=216.8/6.62=32.74K

计算上层油温温升均在正常范围内。

3 实际减少冷却器的运行情况及分析

试验待机组停用后，上层油温下降稳定以后进行试验；分别记录2组冷却器运行和1组冷却器运行的数据。

部分试验相关数据统计如下图1所示。

4 冷却器改进的分析及效益

试验情况表明机组停用后1组冷却器运行均可以满足主变冷却需要，温升在30K作右。

实际试验记录的上层油温温升要低于计算值，分析三种可能原因，停用的冷却器有自然对流，有一定散热效果；当使用一组冷却器时，油温较投用3组冷却器要高，油粘度减少，散热效果提升。当使用一组冷却器时，油温较投用3组冷却器要高，油温与空气温度温差大，原计算的换热系数为稳态情况下数值，现油管壁温差提高后，换热系数也随之提高。

为保证机组主变油温在正常运行范围内措施：

（1）7、8月份月平均环境温度最高接近40度，温升可超过65℃，为避免辅助冷却风扇频繁启停，投用2组冷却器在运行位置，2组辅助，1组备用。

（2）在其他月份或环境温度低于35℃，投用1组冷却器在运行位置，3组辅助，1组备用，可满足运行需要。

（3）修改依据主变负荷电流启动辅助冷却风扇条件，将负荷电流大于额度电流70%修改至5%，确保机组在并网后有4组风扇运行，避免过晚启动冷却风扇。

根据1号机5年来7、8月份平均停用498h，其他月份总计4857h，按下网电价0.5968计算，全年可节约电量6.74万千瓦时，单台机组可节省4.022万元。具有良好效益。