1180MVA三相一体变压器冷却器在线冲洗研究

刘秀明

摘 要：主变压器是发电厂电能送出的关键设备，冷却系统是变压器的重要辅助设备，其运行工况直接关系到发电机组的送出能力和变压器的绝缘寿命。1 180 MVA现场组装三相一体变压器，结构较为特殊，冷却器的冷却能力与其设计冷却容量有关，更容易受到冷却器翅片脏污的影响。通过对大型变压器冷却器带电水冲洗可行性进行论证，对冲洗工艺进行优化，可以有效改善冷却器的散热效果，值得有关单位借鉴。

关键词：冷却器;在线冲洗;三相一体变压器;现场组装

中图分类号：TM40文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）05-0076-03

Abstract： The main transformer is the key equipment of the power plant， and the cooling system is the important auxiliary equipment of the transformer， its operation condition is directly related to the transmission capacity of the generator set and the insulation life of the transformer. 1 180 MVA on-site assembly three-phase integrated transformer has a special structure， the cooling capability of the cooler is related to its designed cooling capacity， which is more easily affected by the dirty of the cooler fins. Through the demonstration of the feasibility of live washing large-scale transformer coolers with charged water， the optimization of washing process can effectively improve the cooling effect of coolers， which is worthy of reference for relevant units.

Keywords： cooler;online water wash;three-phase integrated transformer;on-site assembly

油浸式变压器的常见散热方式一般有自冷、风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷等。大型发电厂的主变压器冷却器一般选用强迫油循环风冷器方式。某电厂1 000MW机组#5主变选用特变电工衡阳变压器有限公司生产的SFP-JT-1180000/500型三相一体油浸式风冷变压器，变压器额定容量为1 180 MVA，变压器负载损耗为2 225 kW，空载损耗为370 kW。变压器冷却器由8组基伊埃热交换器（中国）有限公司生产的冷却容量为500 kW的480/62/3/1-FE33型散热器组成。设计工况下，环境温度低于40℃时，7组冷却器运行能保证变压器满负荷工况下顶层油温不超过80 ℃[1]。

该变压器冷却器设计裕量较大，2016年12月底投运后，变压器顶层油温一直保持在70 ℃以下，入夏以后，随着环境温度的上升，变压器顶层油温快速上升，机组接近满负荷运行时，环境温度保持在35 ℃左右，顶层油温由65 ℃逐渐升高至75 ℃，并有进一步加速上升的趋势。

1 带电冲洗必要性与方案对比

1.1 变压器温度升高原因分析

引起变压器温度升高的因素一般为：显示仪表损坏;冷却器内空气未排净;变压器冷却风机故障;变压器潜油泵故障;变压器冷却器进出口阀门关闭;变压器冷卻器本体空气侧有脏污堆积。

从变压器红外成像仪对比测量结果和投运后的运行情况运行分析，可以排除显示仪表和变压器冷却器内积存空气的因素。对变压器冷却器冷却风机、潜油泵及阀门开启状态进行检查，均不存在故障或缺陷。受春末空气中飘浮的杨棉影响，变压器冷却器本体翅片处粘有大量积灰、污垢和动物羽毛[2]。

因此，变压器冷却器冷却管间风道被杂物和污秽堵塞，冷却器换热量减小，冷却翅片上附着的灰尘增加了翅片的热阻，致使变压器冷却器散热效果不良，加之夏季环境温度高，造成变压器油温快速上升。

1.2 变压器冷却器带电冲洗的必要性

变压器表面附着污垢，造成变压器顶层油温快速上升，强迫油循环风冷变压器运行中，顶层油温一般不宜长期超过75 ℃，如果超过85 ℃运行，将会导致变压器绝缘老化加速，使用寿命大幅缩短[3]。另外，冷却器表面集聚的粉尘中含有大量的金属物质，对翅片产生电化学腐蚀，长时间会造成冷却器隔板穿孔，导致冷却器泄漏。因此，不论是从确保变压器满负荷运行能力还是从保证变压器长期安全运行的角度出发，进行变压器冷却器带电冲洗势在必行。

1.3 变压器冷却器带电冲洗方案对比

目前，变压器冷却器带电冲洗的方案主要有两种：压缩空气吹扫和高压水冲洗。两种方法各有优缺点。

1.3.1 压缩空气吹扫。压缩空气吹扫时，首先用毛刷、鸡毛掸子等工具清理变压器冷却器翅片表面的杨棉、柳絮、动物羽毛等杂物。然后用0.6 MPa左右压力的压缩空气对变压器冷却器风道进行逐列来回吹扫。吹扫时，压缩空气出口喷嘴距冷却器翅片的距离以10～15 cm为宜，并保证喷嘴与冷却器翅片表面垂直，防止吹扫过程中翅片扭曲变形。当冷却器进风口翅片表面没有污物，冷却器出风口空气不再扬尘时，即可认为吹扫干净。

采用压缩空气吹扫，使用方法简单方便，不需要采用特殊设备，与带电部分的安全距离易于控制，但也有以下几个方面的不足。

1.3.1.1 污染周围环境。压缩空气吹气冷却器表面的细小灰尘，迅速向周围扩散，污染了空气，影响作业人员的身心健康，同时对周围的冷却器等设备造成二次污染。

1.3.1.2 冲洗效果有限。翅片之间距离较窄，虽然使用了较高压力的压缩空气，但进入内部的气流相当有限。压缩空气主要用于吹走翅片表面的浮灰，不能彻底清除沉积在翅片表面的污垢及腐蚀物。真正影响翅片热阻的脏污并没有完全清走，只能使变压器顶层油温小幅下降，清理后运行不长时间就需要重新进行清洗。

1.3.1.3 翅片变形和损伤。为了尽量多吹出灰尘，提高冲洗效果，一般使用0.6 MPa左右的压缩空气进行吹扫。在压缩空气喷嘴移动过程中，压缩空气产生的冲击力极易造成翅片变形和倾倒，翅片出现超过4%的变形和倾倒，将对冷却器的冷却能力造成很大影响，必须采取整形措施，无形中增加了维修成本。翅片整形工作作业量大，效率低，整形后也无法恢复原状，对翅片造成了永久性损伤[4]。

1.3.2 高压水冲洗。高压水冲洗的方法是，用压力泵或高压水枪将清水喷射至冷却器翅片表面，利用高压水流的作用，将冷却器翅片上的污垢清洗干净。火电厂一般可采用消防水进行冲洗，消防水出口压力一般在0.5～0.8 MPa。有条件的可以采用高压清洗机进行冲洗，水压越高，冷却器的冲洗效果越好，但水压过高，将会造成冷却器翅片变形，一般将水压控制在2 MPa以内。当冲洗出来的水清澈无杂质时，即可判断清洗干净。

采用高压水冲洗冷却器，是目前冷却器清洗的主流方案。该方法与压缩空气法相比，可以更好地清除冷却器表面的附着物，同时不会对周围空气造成污染，但该方法也存在一些不足。

1.3.2.1 安全距离受限。因高压水冲洗选用水质一般为地表水或者消防水，冲洗水电导率偏高，同时主变高压侧冷却器冲洗过程中，高压喷头距高压带电部分距离较近，稍有不慎，将使高压冲洗水喷向主变高压侧套管或接头，严重威胁工作人员的人身安全[5]。

1.3.2.2 冲洗后部分电气设备绝缘低。对于冷却器潜油泵、冷却风机、冷却器转接端子箱等部位，冲洗过程中，水流容易进入接线盒内部，造成绝缘大幅下降，甚至引起接地短路故障。因此，冲洗前必须用塑料布等材料采取防护措施[6]。

1.3.2.3 水流污染。高压水冲洗过程中，水流与冷却器撞击后，会向四周溅开，造成污水沿地面横流，污染作业场地。

1.3.2.4 翅片变形和损伤。高压水冲洗的压力一般较压缩空气高，更容易造成翅片变形和倾倒，形成永久性损伤。

2 带电冲洗方案实施

2.1 带电冲洗方案的选择

#5主变冷却器采用侧面布置方式，主变高压侧套管距变压器底座高度11.649 m，冷却器最高点为冷却器进油管，距变压器底座高度6.488 m，主变高压侧带电部分与冷却器的最高点距离为5.161 m，而在竖直方向上的高度差已经满足500 kV作业安全距离大于5 m的要求。因此，#5主变冷却器带电冲洗方案选用清洗效果更好的带电水冲洗方法。

2.2 安全措施保证

制定冷却器冲洗三措两案，并经过审批。冲洗前，向冲洗作业人员交代变压器带电部位及控制措施，冲洗冷却器上层翅片时，作业人员配备个人保安线，防止感应电伤人。

因变压器冷却器冷却效果差，冷却器进回油管路中油温较高，甚至超过60 ℃，应在开工前测量冷却进回油管路器各部位温度并做好标记，防止人员直接接触而烫伤。冲洗期间，对需要人员必须短时间站立或接触的高温部位，采取加垫隔热材料等措施，保证冲洗人员作业安全。

冷却器上层高度接近5 m，高空作业时，作业人员系好安全带。上下时使用绝缘梯，检查梯子防滑座良好，做好防滑跌措施。由于水冲洗时相邻冷却风扇、潜油泵电机不停电，处于运行状态，开工前确认冷却器双重编号，防止走错间隔造成设备误动。冲洗过程中设专人监护，重点监护作业人员操作的高压水枪的喷头应向下或平直水喷出。水冲洗过程中，与运行人员保持联系，加强监盘，发现问题及时通知值长。如果发现变压器顶层油温超过85 ℃，就要进行降负荷处理[7]。

2.3 技术措施控制

开工前检查确认冷却器各部位有无渗漏点。如发现有渗漏点，应先消除渗漏点，防止高压水渗入变压器油管道。采用分组冲洗的方式，每次利用后夜或清晨变压器低负荷运行的时机，冲洗一到两组冷却器，既保证变压器按计划出力带负荷运行，又能实现对冷却器的清洗工作顺利开展。

停运计划冲洗冷却器电源，测量冷却器冷却风扇电机、潜油泵电机绝缘，并做好记录，便于冲洗后进行对比。冲洗前将冷却风扇电机、潜油泵电机、油流继电器、冷却器接线端子箱等部位螺丝压紧，并采用塑料布将上述部位包好，防止进水受潮。要及时清除冷却器表面吸附的塑料袋、树叶等明显杂物。

先用低压水混合空调室外机专用化学清洗剂对冷却器进行水浸，将污垢泡散，然后利用高压水枪进行冲洗，高压水枪喷头距冷却器控制在15～25 cm，從左向右、从上向下逐段冲洗，冷却器水冲洗完成标准为冷却器翅片流下的水接近清水本色，所有冷却器散热片无杂物残留。冲洗完毕后，测量冷却器动力、控制回路绝缘，绝缘合格且与冲洗前相比没有明显下降方可恢复送电，防止绝缘击穿损坏。

3 带电冲洗效果分析

#5主变冷却器开展带电水冲洗后，清洗效果非常明显。冲洗前因翅片基本被杂物堵死，冷却风扇叶片基本保持静止状态，冷却器冲洗完毕后，在前后两侧空气对流作用下，冷却风扇叶片能快速转动。从定量上比较，变压器同等环境温度和同等出力条件下比较，每冲洗一组冷却器，变压器顶层油温约下降3 ℃。

4 结论

通过对国内首台现场组装1 000 MW机组三相一体主变冷却器带电冲洗可行性分析与实践，结果发现，变压器冷却器的冷却效果与自身的设计出力及设计裕量有关，也与冷却器翅片的脏污程度密切相关。冷却器带电水冲洗前后顶层油温变化，说明1 000 MW机组主变冷却器带电水冲洗在安全和技术上是可行的，在保证设备可靠迎峰度夏上，这项工作是必要的，它能在主变不停电的情况下取得冷却器去污的效果，有效改善主变压器的运行工况，取得了良好的经济效益和安全效益，值得其他同类型大型主变压器借鉴和推广。

参考文献：

[1]国家发展和改革委员会.变压器用强迫油循环风冷却器：JB/T 8315—2007[S].北京：机械工业出版社，2007.

[2]任保忠，陈鹏，孔鹏，等.变压器冷却器新型防尘降温方式研究[J].变压器，2013（4）：50-51.

[3]余维坤.大型变压器冷却器的维护和改造[J].变压器，2001（12）：33-36.

[4]杨红萍，高月欣，毛祖国，等.动车组牵引变压器油冷却器堵塞分析及其清洁工艺[J].电力机车与城轨车辆，2016（5）：81-84.

[5]田秋松，郭果，郭凯，等.特高压变压器冷却器防尘降温方式研究[J].河南电力，2014（1）：4-6.

[6]于文涛，晁玉龙.800MVA主变冷却器带电水冲洗作业[J].变压器，2011（11）：44.

[7]国家能源局.电力变压器运行规程：DL/T 572—2010[S].北京：中国电力出版社，2010.