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淺談雙管水冷三相一體變壓器的應(yīng)用與故障判斷分析
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淺談雙管水冷三相一體變壓器的應(yīng)用與故障判斷分析

時間:2019-03-22 14:30:33

 摘 要: 介紹某電廠 500 kV 三相一體1 210 MV·A雙管水冷變壓器的技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu),重點解析雙管水冷技術(shù)在變壓器油冷卻器的應(yīng)用,提升大型變壓器的安全穩(wěn)定運行水平,同時減少了大型變壓器的運行維護工作量。ciT壓力變送器_差壓變送器_液位變送器_溫度變送器

 
某電廠 2 × 1 050 MW 超超臨界燃煤汽輪發(fā)電機組,全面采用集約化布置,將 500 kV GIS( 高壓配電裝置) 與主變、高廠變、啟備變等合并布置于主廠房內(nèi),并shou次采用國產(chǎn)500 kV 三相一體1 210 MV·A雙管水冷主變壓器和智能 GIS 站,節(jié)約了投資,噪聲小。該變壓器從 2015 年 1 月帶電運行,已累計運行15 000 h 左右,運行安全,穩(wěn)定可靠,運行維護工作量少。
 
1 雙管水冷三相一體變壓器參數(shù)
該廠采用集約化布置,在汽機房 A 排柱外擴展2 排鋼柱,形成披屋,把 1 #、2 #機組的 2 臺容量為1 210 MV·A的 500 kV 主變、2 臺容量為 74 MV·A的 27 kV 高廠變和 1 臺容量為 74 MV·A 的 500 kV啟備變?nèi)坎贾迷谂輧?nèi),工作環(huán)境較室外敞放干凈,而且節(jié)約占地面積。披屋外墻采用鋼結(jié)構(gòu) + 鐵紗窗,便于通風(fēng)換氣。容量為 74 MV·A 的高廠變和啟備變各采用 5 組風(fēng)冷卻器,同時在變壓器上方加裝 2 臺屋頂風(fēng)機,夏季可以開啟屋頂風(fēng)機加強換熱,保證高廠變和啟備變油和繞組溫升不超過標準,頂層油溫度#大 75 ℃。
 
水的比熱容是 4. 2 kJ /( kg·K) ,空氣的比熱容約是 1. 4 kJ /( kg·K) ,也就是說常溫下水每升高或降低 1 ℃,吸收或放出的熱量是空氣的 3 倍。所以,采用水冷卻器的換熱效果好,而且采用水冷卻器可以比同容量的風(fēng)冷卻器體積更小,占地面積更省。所以,該廠1 210 MV·A的 500 kV 主變采用雙管式水冷卻器( 具體參數(shù)見表 1) ,并一體化布置在披屋內(nèi),不僅結(jié)構(gòu)緊湊,而且克服了風(fēng)冷卻器噪聲大的弊端,有利于環(huán)境降噪。
 
2 雙管換熱器的優(yōu)點
管殼式換熱器分為單管換熱器和雙管換熱器。
 
單管換熱器只有一根管,管子內(nèi)外側(cè)流過不同的介質(zhì); 雙管換熱器采用內(nèi)外雙層管,內(nèi)管和外管中流過不同的介質(zhì),內(nèi)外管之間有空隙。一般情況下,管殼式換熱器的換熱管與管板連接處通常是換熱器容易泄漏的地方。
 
單管換熱器因管側(cè)和殼側(cè)兩種不同介質(zhì)的壓力、溫度波動或突然投停,往往會使管子與管板連接處因熱疲勞而產(chǎn)生裂紋,進而發(fā)生不同程度的泄漏。特別對于油浸式變壓器,采用的是單管水冷卻器,為防止冷卻器泄漏,冷卻器通常要求水壓低于油壓0. 2 MPa,只允許泄漏的油進入水中,不污染油質(zhì),不威脅變壓器安全。但要滿足油壓高于冷卻水壓0. 2 MPa 條件,必然增大潛油泵的揚程,這反而限制了單管水冷卻器的應(yīng)用。
 
雙管板式換熱器的換熱管與管板連接處也存在熱疲勞,所以雙管板式換熱器也不能從根本上消除泄漏。但由于它采用雙管結(jié)構(gòu),雙管之間布置金屬內(nèi)螺紋管狀的小毛細管通道,熱量通過金屬內(nèi)螺紋傳導(dǎo),保證了換熱效果,同時內(nèi)管和外管泄漏的介質(zhì)可以通過內(nèi)螺紋小毛細管通道自然下流到兩管板之間的集液盤,既能防止內(nèi)管漏出的冷卻水混入變壓器油中,也能防止外管漏出的變壓器油混入冷卻水中。這對變壓器油和冷卻水都起到保護作用,有效地避免了單管換熱器泄漏,冷卻水混入變壓器油中,威脅變壓器安全。同時,雙管換熱器運行中,冷卻水的壓力不受油壓的限制,水壓可以高達 1 MPa,提高冷卻水流速,進一步減少冷卻面積和縮小換熱器尺寸。
 
雙管換熱器由管束、管箱和殼體等組成,換熱管為 U 形 管,管側(cè)介質(zhì)為冷卻水,殼側(cè)介質(zhì)為變壓器油。
 
外管板在上,內(nèi)管側(cè)管板在下,兩層管板之間的間距內(nèi)為集液盤,通過塑膠管,將滲漏液引入底部的油水探測器,監(jiān)視冷卻器泄漏情況。
 
3 WKDS 630Ex 雙管水冷卻器的結(jié)構(gòu)和工作原理
3. 1 變壓器油水冷卻系統(tǒng)
該變壓 器 冷 卻 裝 置 采 用 德 國 GEA 生 產(chǎn) 的WKDS 630Ex 水冷卻器和保定鑫諾翔生產(chǎn)的智能水冷控制柜,采用 5 組冷卻器,變壓器正常運行中,三組運行、一組輔助、一組備用。工作原理: 油側(cè)用潛油泵把變壓器熱油從上部輸送到冷卻器外管冷卻,溫度降低,熱油變?yōu)槔溆停購睦鋮s器下部流回變壓器; 水側(cè)冷水經(jīng)過冷卻器 U 型內(nèi)管換熱,水升溫后再流走。油水兩種介質(zhì)各自不斷循環(huán),通過冷卻器的內(nèi)管和外管進行熱交換,達到冷卻變壓器油的目的。
 
每組冷卻器冷卻水進口設(shè)有濾網(wǎng)、水流量計、電動門和手動門; 每組冷卻器油側(cè)設(shè)計有潛油泵、油流量計和手動門。冷卻器油側(cè)左右熱油和冷油支管分別設(shè)有溫度表和溫度變送器,水側(cè)進出口母管設(shè)有溫度表、壓力表和溫度變送器,油水溫度送冷控柜作為控制用,還可以送 DCS( 分布式控制系統(tǒng)) 遠方實時監(jiān)視。運行中,智能水冷控制柜通過 PLC( 可編程控制器) 直接控制冷卻器進水電動門的開關(guān)和潛油泵的啟停,同時完成冷卻器水側(cè)和油側(cè)的投運。變壓器油水冷卻系統(tǒng)原理圖如圖 1 所示。
 
3. 2 雙管水冷卻器的工作原理
該雙管水冷卻器管束有內(nèi)外雙管和雙層管板。為探測冷卻器滲漏情況,將冷卻器的滲漏通路和一個小收集盒( 滲漏控制器) 連在一起。在滲漏控制器內(nèi)部,用螺絲把一個磁性浮標開關(guān)連在接收器上,當接觸有變化,哪怕是出現(xiàn)幾立方厘米的滲漏就會報警。雙管冷卻器原理結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。
 
冷卻器采用內(nèi)外管雙管結(jié)構(gòu),內(nèi)外管同心布置,內(nèi)外管緊密貼緊。內(nèi)管內(nèi)外壁光滑,外管內(nèi)外壁成螺紋狀。外管為紫銅管,外管外壁是短小的換熱翅片,做成外螺紋,與油路接觸,利于散熱; 內(nèi)管為不銹鋼管,內(nèi)管內(nèi)壁與水路接觸。內(nèi)外管之間的泄漏通道呈內(nèi)螺紋狀,便于將外漏的水或內(nèi)漏的油順著螺紋流入底部集液盤和油水探測器。雙管原理結(jié)構(gòu)如圖 3 所示。
 
內(nèi)外管采用高壓水脹接工藝,外管內(nèi)壁和內(nèi)管外壁緊密貼合,讓內(nèi)管和外管有效地接觸,達到高效的換熱效果,同時外管內(nèi)壁有泄漏通道,既不影響導(dǎo)熱接觸面,又不阻礙泄漏液體的流出。
 
雙層管板是油側(cè)管板和水側(cè)管板,油側(cè)管板與外管脹接,水側(cè)管板與內(nèi)管脹接。雙層管板之間的集液盤用來安裝泄漏報警儀取樣管。
 
雙管冷卻器出廠壓力試驗: 水側(cè)水壓試驗,壓力1. 5 MPa,維持 0. 5 h 無滲漏; 油側(cè)油壓試驗,油溫70 ℃,油壓 0. 5 MPa,維持 6 h 無滲漏。
 
4 雙管水冷卻器的控制
該雙管水冷卻器采用智能型變壓器水冷控制柜,PLC、觸摸屏。每組冷卻器均有工作、輔助、停止和備 用 4 種 運 行 模 式,可以在運行中定期輪換。“輔助”冷卻器按變壓器上層油溫65 ℃ 和 70% 額定負荷自動投切。“備用”冷卻器在“工作”冷卻器故障跳閘或“輔助”冷卻器不能自動投入時,自動投入運行。水冷控制柜設(shè)有雙路動力電源,Ⅰ、Ⅱ路動力電源可以在運行中自動定期輪換。故障報警可以遠傳、顯示和存儲。
 
水冷卻器故障包括油流中斷、水流中斷、泄漏故障、油泵過載故障、冷卻器水壓超限和電動閥故障。其中出現(xiàn)水流中斷和泄漏故障時,延時 5 s 發(fā)出相應(yīng)的冷卻器故障信號,并切除故障冷卻器。出現(xiàn)油泵過載故障時,延時 200 ms 發(fā)出相應(yīng)的冷卻器故障信號,并切除故障冷卻器。變壓器運行中出現(xiàn)冷卻器全停故障經(jīng)延時 3 s 發(fā)出報警,若變壓器油溫已達 75 ℃,20 min 后發(fā)出事故跳閘信號; 若油溫未達75 ℃,負載#長不超過 1 h、空載#長不超過 2 h 發(fā)出事故跳閘信號。冷卻水高低流量報警時,根據(jù)投入冷卻器的臺數(shù)自動確定冷卻水流量的高低限。變壓器帶載運行時,自動開啟“工作”水冷卻器進水電動閥,啟動潛油泵。變壓器退出運行時,自動關(guān)閉所有冷卻器進水電動閥和停運潛油泵。
 
 雙管水冷卻器運行維護注意事項
雙管水冷卻器運行維護注意事項有以下幾點:
①在北方霜凍危險期,水流量應(yīng)減少,以防止冷卻器結(jié)凍; ② 每組冷卻器的水流量不得超過設(shè)計值71 m3 / h; ③水側(cè)#大工作壓力不得超過 1 MPa,油側(cè)#大工作壓力不得超過 0. 5 MPa; ④定期檢查進水濾網(wǎng),清洗雜質(zhì),并根據(jù)冷卻水水質(zhì)情況檢查冷卻器水側(cè); ⑤定期檢查水流開關(guān)和油流開關(guān)動作和指示是否正常; ⑥定期檢查軸流式潛油泵聲音、溫度是否正常; ⑦定期檢查泄漏測試儀有無積液或?qū)Я鞴苡袩o雜質(zhì); ⑧檢查油水系統(tǒng)密封件有無滲漏。
 
6 雙管水冷三相一體變壓器運行情況
1) 該廠雙機滿負荷運行時,主變水冷卻器 4 組運行、1 組備用。主變上層油溫#高 46. 8 ℃,繞組溫度#高 56. 1 ℃,變壓器運行安全穩(wěn)定,運行情況見表 2。
 
2) 該廠雙機處于夏季環(huán)境溫度#高,且大負荷
運行時主變水冷卻器 4 組運行、1 組備用。主變上層油溫#高 49. 2 ℃,繞組溫度#高 57. 1 ℃,變壓器運行安全穩(wěn)定,運行情況見表 3。
 
3) 該廠1 210 MV·A雙管水冷三相一體變壓器
已累計運行 15 000 h,運行安全穩(wěn)定,未發(fā)生冷卻器泄漏、冷卻水斷流、油流中斷等故障報警。同時,采用室內(nèi)布置,工作環(huán)境干凈,可靠性高,廠界噪聲小,占地面積小,運行維護工作量少,符合高效節(jié)能環(huán)保的產(chǎn)業(yè)政策,值得推廣應(yīng)用。
 
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