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第4章 变压器换热概述(2)

20世纪90年代以前,通常采用风冷却器或水冷却器作为大型、特大型油浸式变压器的热交换装置。这两种冷却器冷却效率高,但由于油泵和风机不间断连续运行,因此存在噪声大,辅机损耗率高、维护工作量大等缺点。2004年来,我国沿海地区绝大部分供电局,均用片式散热器来代替风冷却器和水冷却器。这样虽然没有噪声,但其冷却效率低,占地面积大、冷却组数多、用油量大等问题。为解决上述矛盾,首先在欧洲出现了一种被称为“片散冷却器”的新型冷却方式。所谓“片散冷却器”是指其散热面积以片式散热为主,同时配上风机和油泵进行冷却,即:当变压器负荷率为50%左右时,片式散热器处于油浸自冷状态(ONAO)自冷式运行,散热器散热能为大约在500W/m2左右;当变压器负荷率达75%左右时,启动风机,片式散热器处于油浸风冷状态(ONAF)风冷式运行,当空气流速在1~1.25m/s时,散热面散热能力为800W/m2;当变压器满负荷时,再投入油泵强油风冷(OPAF)式运行,启动油泵投入运行,使变压器中冷油由变压器下部进入绕组间,热油由上部进入片式散热器。当油流量在25~40m3/h,空气流速与风冷式相同时,散热器散热能力为1000W/m2。

同强油风冷却方式相比,散热冷却器在满负荷时,与强油风冷方式具有相似的冷却效率。同时,由于散热冷却器采用轴流式油泵,所以,当油泵未开启时,变压器和片式散热器之间的变压器油也能通过管道和油泵形成良好的自然对流循环。在低负荷条件下,散热冷却器不需开启油泵和风机,尤其在夜间当负荷大幅度降低时。这时,装在大城市市内的高压变电站中变压器噪声只是变压器本身的噪声。这样,不但降低了噪声,而且还延长了风机和油泵的工作寿命,同时又降低了辅机损耗率。在变压器低负荷时,散热冷却器与片式散热器方式相比,噪声水平都较低;但在满负荷时,冷却效率高。因此自20世纪90年代以来,这种散热冷却器冷却方式得到广泛使用,深受用户欢迎。

三、片式散热器的选择

1.片式散热器安装在变压器油箱上时,上联管离箱顶安装位置越近越好,这样可提高散热中心冷却效果。

2.为了避免因风机在运转中震动,造成冷却片焊接处受损,一般情况下,可采取以下措施,将风机与片式散热器固定在支架处,加装弹性避震材料垫圈;在条件允许下,将风机与片式散热器分开安装。

3.集中安装冷却的片式散热器,与变压器油箱连接管道截面积要足够大。如果是采用OPAF冷却方式的,油泵必须采用轴流式油泵或升降式油泵。

在开动油泵前必须先关闭蝶阀2,打开蝶阀1、3,反之在油泵停止工作时,将原关闭阀打开,主要原因是普通油泵在不启动时,变压器与散热器之间的油基本上不能通过油泵。

4.由于风机是片式散热器和散热冷却器中的重要噪声源,为此,目前国内均采用多极电机的风机,即低转速大风量风机(在第6章专门叙述),另据测试得知,在同样风机性能参数下,带有风筒的风机比网罩型的风机噪声要高出2~3dB(A),且风压略有下降。

5.片式散热器冷却片之间距离在40~50mm之间,通风通道较大,风阻很小。因此,在选用风机时,为了限定噪声,全压在40MPa~70MPa就可以了,因为全压提高,风机噪声也随之提高,在国外采用网罩型的风机较普遍。

四、片式散热器技术要求

1.散热器应符合JB/T8315和欧洲DIN42559标准设计的规定,并按照经过规定程序批准的图样和技术文件制造。散热器的焊接质量应符合图样要求。

2.散热器的油道厚度不小于9mm。自冷式的片间距离不小于45mm。

3.散热器的上、下联管头端面或管接头法兰密封面应在同一平面上,其平面度允许偏应不大于2.0mm。散热器上、下管接头法兰密封面与集油管应保持垂直,其垂直度允许偏差不大于集油管长度的3‰。

4.散热器中心距A的允许偏差为±2.0mm。

5.散热器的散热片板面应平直,整体不能有明显的歪扭现象。散热器六面体的每一面(重点是两侧面)两对角线长度之差应不超过其对角线长的3%,中心距为1m以下的对角线长度之差应小于3.0mm。

6.散热器边缘的最大突起应不大于3.0mm,两片缝合处不允许有张口现象。

7.散热器的片间距离允许偏差应不大于±1.5mm,首片与末片间累计偏差应不大于±5.0mm。

8.散热器的内部应保证清洁,无焊渣、铁屑、水分等异物。推荐采用化学处理方法,但应无残留处理液体。日本多田电机株式会社采用喷沙处理。

9.散热器的外表面涂漆及电镀件,应满足用户对使用环境的要求。凡须涂漆的表面,应清除铁锈、油渍等,漆膜应均匀、光泽、不允许有脱皮、气泡、留痕、堆积等缺陷。若用户对防蚀有特殊要求时,应按用户要求进行防蚀处理,ABB、SIEMENS、AREVA等公司通常选用表面热喷锌。

10.散热器在竖直状态下,应使用75℃±5℃的变压器油(变压器油的耐压不低于35kV)进行内部冲洗,散热片横截面中的冲洗油流速度应不低于2.5m/s,直到冲洗干净为止,通常需清洗4h。如用户另有要求,可采用其他等效的冲洗方法。

11.散热器应经120kPa油压或气压试验,持续时间为20min,应无渗漏和无永久性变形。固定式散热器应满足GB/T6451的有关要求。

12.散热器应在不充油状态下,进行真空试验。试验时真空压力应不大于133Pa,持续时间为10min,试验后散热器应无永久变形。

13.散热器应进行散热性能试验,并提供有效散热面积、平均油温升系数和温升计算公式。中心距2500mm以下的自冷式油平均温升系数应不大于0.35。联管中心距1500mm及以上或片数14片及以上的各种规格散热器,应进行强油风冷式、风冷式、自冷式三种散热性能试验,及强油风冷式的油阻力试验,并提供有效散热面积、平均油温升系数或温升计算公式。

14.具有机械弹性的散热器还应进行下列试验:

①容积与压力变化的关系曲线试验(V‐P曲线),其偏差值应符合产品企业标准或技术条件的规定;②膨胀与收缩往复动作10000次寿命试验。试验后散热器应无渗漏和永久变形。③如果加设弹簧,其弹性模量、极限载荷应符合GB/T1973.1的要求。

1.4强油循环风冷却器

当油浸式电力变压器容量超过180000kVA或电压为220kV以上时,就可考虑采用强油风冷却器,强油风冷却器通过油泵将变压器顶层高温油送入冷却器管内,将其产生的热量传给冷却管内壁和翅片,再由管壁和翅片向空气放出热量,与此同时,在冷却器空气侧由风扇强制吹风或抽风,将冷空气吹入冷却器管束内带走从冷却器管束放出的热量,使热油加速冷却。冷却后的油就从冷却器下端进入变压器下部油箱内或直接进入绕组油道中。

一、强油风冷却器型号

变压器用强油循环风冷却器型号是由基本型号、设计序号、额定冷却容量、特殊环境代号等部分组成。

二、技术性能指标要求

1.结构要求

风冷却器所用各组件有油泵、风扇、油流继电器、控制箱、蝶阀、温度计等应符合相应技术标准的规定,其辅机损耗率不大于3%,一般应具有5%的储备裕度。冷却器的油流速规定,如果额定容量在125kW及以下的,流速不大于2.5m/s,如果在160kW及以上的,则不大于2m/s。冷却器整体结构应能承受真空试验,绝对压强小于65Pa,持续时间为10min后,不得有永久变形和损伤。所有密封件应耐受105℃变压器油温。

2.电气及其他性能要求

冷却器主电源回路需装设油泵及风扇的过载、短路、断相保护装置。油泵、风扇、油流继电器、控制箱等电器设备的金属外壳,均需可靠接地。油泵、风扇及电缆的供电回路相间及对地,应能承受1600V的工频耐压试验1min,控制箱内380V回路相间及对地应能承受2500V的工频耐压试验1min,220V回路及流量指示器对地应能承受2000V的工频耐压试验1min。

密封要求:冷却器本体必须经0.5MPa油压试验,初始油温80℃~90℃,历时6h,无渗漏现象。

运行和清洗要求:冷却器在竖直状态下,用不低于70℃的变压器热油(耐压值不低于35kV)进行清洗,每隔2h检查一次,至无异物存留为止。冷却器总装完成后,须在常温下进行运行试验。测量额定油流量下的冷却器油阻力降,其值应符合设计规定。运行试验时应保证风扇、油泵转向正确,运转平稳。流量继电器发出的信号应正确、可靠。热继电器不应误动作。运行时间应不小于1h。

声级水平:额定冷却容量125kW及以下为72dB,160kW及以上为74dB。

三、风冷却器投行前的试验

风冷却器投入运行前必须进行以下四项检测:

(1)冷却器整体应进行密封试验和外观检查。

(2)真空试验。用热偶真空计测量真空度及大气压力,计算出绝对压强,试验时应逐渐提高真空度,当达到允许值后,关闭真空阀门,在真空保持不变的条件下,冷却器应永久不变形和损伤。

(3)热油清洗。清洗中应每隔2h用磁性搜集法清理过滤袋中的铁末,并倒尽其他杂物,最后一次清理时应无任何异物。

(4)声级测定。

先计算出高度为H1时的7个测点的声级算术平均值L1,再计算出H2时7个测点的声级算术平均值L2,则L=(L1+L2)/2即为冷却器的实测声级值。测量方法按GB7328执行。

四、风冷却器容量的测定

测定条件是施加额定电压、额定频率,使风扇及油泵运转;调节进油温度与进风温度之差,使二者温度差稳定在40K±2K范围内的某一个固定值,温差波动允许在1h~2h内变化0.5K。

冷却容量值测定按JB/T8315规定,作出油流量与冷却容量的特性曲线,测量点不少于5点。

进口风温测量:在距冷却器进风口200mm左右处,将冷却器按风扇数量分为几个区域,每个区域以冷却器1/2宽度作半径,均匀分布取4个点,用热电偶进行测量,取4个点的算术平均值,作为该区域的平均进口风温,将几个区域的平均进口风温的算术平均值,作为冷却器的进口风温。

出口风温测量:

(1)在距冷却器出风口处,不超过20mm处平面上测量;

(2)将冷却器按风扇数量分为几个区域;

(3)每个区域按风叶直径分为两个圆环;

(4)圆环直径分别为D,D/2(D为风叶直径);

(5)每个圆环上均匀分布地取4个点,用热电偶进行测量,取各测点的算术平均值,作为每个区域的出口风温,取各个区域的出口风温的算术平均值,作为冷却器的出口风温。

分别测取0.5、0.7、0.9、1.2倍额定流量下的冷却容量,对其进行测量及验证。

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