南春雷　吴继兵　白永祥　梅纪东　李文兴

摘 要：结合一例运行中大型电力变压器冷却系统存在的问题，分析了变压器冷却器实施改造的必要性，介绍了变压器冷却器改造原则、总体方案选择以及冷却系统设备的选型，并对变压器冷却器改造的现场实施情况、改造过程和质量技术控制措施进行说明，提出了电力变压器冷却系统现场改造应注意的问题，总结了电力系变压器冷却系统现场改造经验并进行了冷却效果、经济效益分析。

关键词：变压器 冷却器 改造

中图分类号：TM41 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）05（b）-0025-03

电力变压器是电网运行的主设备，冷却系统则是变压器的重要辅助设备之一，其运行质量直接关系到变压器的负载能力和运行寿命。运行时间超过20年的早期220 kV大型变压器，一般采用钢管铝翅散热片单循环式的风冷却器，在长期较为恶劣的运行环境下，铝翅散热片与钢管极可能分离，造成散热效果严重下降；还有数量较多的高速潜油泵和老式风机不仅存在安全隐患，而且每年还将产生大量不必要的电能消耗。另外，因冷却系统老化，运行中频繁出现故障，也造成变压器运行维护成本逐步加大。为了有效解决这一问题，笔者对220 kV五原变电站#3主变强油循环风冷系统改造进行了分析论证和现场实施，收到了很好的效果，达到了预期目的。

1 可研分析和方案设计

1.1 现状分析

五#3主变型号为SFPSZ1-120000/220，西安变压器厂1987年生产，1988年9月投入运行。该主变原冷却系统采用10组YF100-380冷却器，单组油流量1×20 m3/h，风流量4×5 600 m3/h。冷却器采用钢管铝翅散热片，单循环式结构。潜油泵为老型号高转速（油泵转速为1 450 r/min），风扇电机噪音大、运行故障频发，风冷控制箱严重老化，冷却系统管路多处出现渗漏油，因此，进行该台主变的冷却系统改造是十分必要的。

1.2 冷却系统改造的总体方案

1.2.1 改造原则

在考虑变压器冷却系统整体改造方案时，确定了以下几个原则：一是首先必须满足主变压器的冷却技术要求，这是改造所要遵循的最基本的原则。二是尽可能保持原变压器的管路连接方式，因为强油循环冷却系统存在与内部油路匹配的问题，若改变油路，必须对冷却效果重新核算；同时，若管路连接方式不变，可减少现场工作量。三是尽可能采用原变压器厂或主力大型变压器厂的配套产品，因为可以获得较好的技术支持，同时质量和售后服务也可以得到较好的保证。四是改造时一定要考虑变压器的运行时间和投入产出比，若变压器运行在20年左右，进行冷却系统整体改造较为合理，且宜保持原来的冷却方式，若变压器运行在10年左右，存在噪音控制要求的，可考虑将强油循环风冷改为自冷这一方式。

1.2.2 改造目标

根据五#3主变压器现场实际情况，确定冷却方式不变，冷却器集中固定在支架上，经集油室、汇流母管和导油管与变压器上下节油箱连接，潜油泵、风机均更换为低转速、节能型产品，油流继电器配套进行更换，阀门更换为新型真空蝶阀，风控箱更换为集中式控制箱。

1.2.3 改造所采用冷却器数量计算

经查阅该台主变总损耗是630 kW，初步考虑选用单组额定容量为250 kW的冷却器，按照15%的裕度及备用1组考虑，则所需冷却器数量为：

n=1.15×变压器总损耗/单组冷却容量+1

=1.15×630/250+1

=2.89+1

=3.89

进位取整，故n=4（组）。

1.2.4 改造后变压器的温升计算

（1）变压器顶层油温升计算原理概述。

首先根据冷却系统改造布置图，计算油回路系统的油阻力特性，再根据变压器油泵的性能曲线确定流过冷却器的实际油流量；然后根据冷却器的冷却容量曲线，确定在此实际油流量和在环境温度40 ℃，油温升为35 K时（即顶层油温为75 ℃时）的实际冷却容量，再同时计算此时满负荷时各个冷却器分担的实际冷却功率；最后计算在环境温度40 ℃，满负荷条件下的油温升。

（2）平均油温升计算结论。

计算方法和计算过程参见参考文献[4]。计算结论为：冷却系统在环境最高温度40 ℃，油温升为35 K时，3只冷却器的冷却容量为735 kW，大于变压器的总损耗630 kW，此时每只冷却器所承担的冷却容量为630/3=210 kW。在环境温度为40 ℃时，主变的平均油温升为31.5 K，顶层油温为74.5 ℃。

1.3 冷却系统设备的选型

按照前述改造原则和目标，经对多个厂家方案技术经济比较，确定选用西安变压器附件厂生产的YFZL-250 kW型优质大容量强油风冷却器，该型大容量冷却器，除油泵、风机增大外，主要是改变了冷却器的结构，冷却管采用铝管整体轧翅成型，冷却管材料采用铝合金材料，防腐耐磨，具有均勻良好的导热系数，固定铝合金管的多孔板内有镶嵌槽，保证管板连接部位不渗漏。冷却器本体还有调节本体热胀冷缩的装置，每根冷却管内装有扰流装置，促使油流状态紊流化，管内壁开有梅花槽以增大散热面积，取得良好的冷却效果。冷却油泵采用低转速（900 转/min）、大流量（150 m3/h）、低扬程（5 m）的盘式电机，油泵轴承采用E级优质盘式泵。风机采用大风量、低转速、低噪音的优质风机。冷却器蝶阀及油泵蝶阀采用DM型真空蝶阀。总控箱采用不锈钢磨沙喷漆壳体，控制元件采用中外合资产品，质量完全满足风冷系统控制技术要求。经核查该变压器原始档案、资料及图纸，进行充分技术论证，该主变采用4组YFZL8-250kW型大容量强油风冷却器，即可完全满足变压器使用。

2 现场实施

2.1 现场实施方案

（1）主变停电前提前7 d通知供方做好准备工作，停电并办理工作票、现场安全监护等。

（2）提供改造过程中的8 t吊车，提供交流电焊机及电源线、氧气、乙炔气割设备及常用工器具，按照改造工序步骤，拆装变压器三侧引线，关闭变压器与原导油架之间的所有阀门，并将原导油架和冷却器中的油放尽，拆除旧冷却系统和旧总控柜，连接变压器与新导油架，安装框架、蝶阀等，吊装新冷却器，清理现场，改造设备就位。

（3）总控箱就位安装、总控箱的二次电缆敷设及安装接线（含至冷却器和主控室等），打开阀门，进行冷却系统调试。

（4）变压器油务处理，包括本体和有载分接开关油过滤。

（5）变压器停运前，在供方代表在场的情况下，由需方进行下列试验。

①变压器油（包括色谱分析）试验。

②冷却器总工作电流、电压测试，变压器改造前每天记录变压器负荷、环境温度和主变压器本体温度24个点。

③红外测温。

④变压器外观渗漏检查。

⑤其他试验项目（必要时）。

（6）变压器冷却系统在现场组装完成后，在供方代表在场的情况下，由需方进行下列试验。

①测量绕组连同套管的介质损耗因数tanδ。

②器身真空注油后的变压器油（包括色谱分析）试验，对比试验。

③风冷控制装置的操作试验。

④额定电压和额定频率下声级测量（有条件时）。

⑤冷却器总工作电流、电压测试，变压器改造后在同等负荷下及环境条件下每天记录变压器负荷、环境温度和主变压器本体温度24个点。

⑥变压器外观渗漏检查。

⑦红外测温。

⑧其他试验项目（必要时）。

2.2 质量技术要求

（1）改造后须达到原变压器的运行技术要求，具体为冷却器投三备一，变压器在连续额定容量稳态下的温升不高于改造前值。

（2）冷却系统及改造后框架、蝶阀、焊点、密封部位等保证无渗漏现象，冷却器在任何运行方式下不会出现油路循环死角。

（3）改造后同等条件下的变压器温升比改造前的变压器温升显著下降。

（4）冷却系统安装符合国家及行业有关工艺标准规定，美观大方。

（5）冷却系统各部件运行正常。

（6）冷却系统安装除符合订货技术条件外尚须符合国家及行业有关规定。

2.3 现场改造的几点注意事项

（1）由于管路连接大多在现场进行焊接，所以，焊装新冷却器安装支架，应将新导油架预装在支撑上，焊接新连管、阀兰时应平放地上焊接，焊接完毕后用变压器油冲洗内部，避免残留金属粉末进入变压器内部。

（2）密封件更换一定要选用优质O形密封垫，均匀压接，避免渗漏。

（3）铝合金密封蝶阀更换一定要注意管路连接的合理性，避免蝶阀异常受力而破裂，进而造成渗漏。

（4）一定要严格按规程要求控制变压器身暴露的时间，注油时一定按照规程要求真空注油，并按照规定时间静置，同时注意检漏。

（5）投运时注意检查所有阀门在打开状态。

3 改造效果的技术经济评估

3.1 冷却效果对比

通过该项技术改造，圆满达到了预定技术指标，消除了事故隐患，提升冷却能力，降低了冷却损耗。在正常运行方式下，某时期五3#主变负荷及变化规律较为稳定，在负荷、环境温度及变化基本一致的情况下，将改造前后某两日温度对比曲线绘制图1所示，其中上部曲线为五3#主变冷却系统改造前的情况，改造以后，平均降幅在5 K左右。

3.2 改造经济效益核算

3.2.1 改造前现场实测

Uab=378.4 V，Ubc=376.6 V，Uca=377 V

平均值为377.3 V

Ia=52.4 A，Ib=51.6 A，Ic=51.4 A

平均值为51.8 A，

其中，功率因数为0.96，

P1=1.732×377.3×51.8×0.96=32.5（kW）

3.2.2 改造后现场实测

Uab=378.4 V，Ubc=376.6 V，Uca=377 V

平均值为379.1 V

Ia=33.1 A，Ib=33.1 A，Ic=33.5 A

平均值为33.2 A，

其中，功率因数为0.96，

P2=1.732×379.1×33.5×0.96=21.1（kW）

3.2.3节能计算

考虑主变的平均满负荷运行系数0.6，

P=0.6×（P1-P2）

=0.6×（32.5-21.1）

=6.84（kW）

每年节电=6.84×8760=59 918.4（度）。

若按照继续运行15年考虑，则可节电898 776度，节能效果十分明显。另外，五#3主变冷却系统缺陷处理平均17次/年，计算电机修理费、材料费、汽车台班和人员差旅费等，每年大约可節约成本14 555元。综合以上情况，以静态估算来看，运行7年即可收回改造投资成本，运行15年，总计可节约成本100万元左右。

4 结语

变压器冷却系统改造主要是确保改造后变压器在额定容量运行时冷却系统能满足变压器的技术要求，通过上述的探讨与实践，笔者认为强油循环冷却变压器的冷却系统整体改造，不仅要重视前期方案实施的可行性研究，而且还要高度关注现场实施的计划性和预定工序，以及随时可能出现的特殊情况，只有做到了这一点，才能确保改造的综合效果，为主变压器的安全、经济运行奠定基础。

参考文献

[1] GB/T17468-1998，电力变压器选用导则[S].

[2] GB/T8315-2007，变压器用强迫油循环风冷却器[S].

[3] 韩忠民.电力变压器手册[M].沈阳：辽宁科学技术出版社，1990.

[4] 厂方关于五#3主变风冷系统改造温升计算书[Z].