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參數和結構，重點解析雙管水冷技術在變壓器油冷卻器的應用，提升大型變壓器的安全穩定運行水平，同時減少了大型變壓器的運行維護工作量。
某電廠 2 × 1 050 MW 超超臨界燃煤汽輪發電機組，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，并shou次采用國產500 kV 三相一體1 210 MV·A雙管水冷主變壓器和智能 GIS 站，節約了投資，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
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啟備變全部布置在披屋內，工作環境較室外敞放干凈，而且節約占地面積。披屋外墻采用鋼結構 + 鐵紗窗，便于通風換氣。容量為 74 MV·A 的高廠變和啟備變各采用 5 組風冷卻器，同時在變壓器上方加裝 2 臺屋頂風機，夏季可以開啟屋頂風機加強換熱，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( 具體參數見表 1) ，并一體化布置在披屋內，不僅結構緊湊，而且克服了風冷卻器噪聲大的弊端，有利于環境降噪。
2 雙管換熱器的優點
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，管子內外側流過不同的介質; 雙管換熱器采用內外雙層管，內管和外管中流過不同的介質，內外管之間有空隙。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。
單管換熱器因管側和殼側兩種不同介質的壓力、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生裂紋，進而發生不同程度的泄漏。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，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構，雙管之間布置金屬內螺紋管狀的小毛細管通道，熱量通過金屬內螺紋傳導，保證了換熱效果，同時內管和外管泄漏的介質可以通過內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，管側介質為冷卻水，殼側介質為變壓器油。
外管板在上，內管側管板在下，兩層管板之間的間距內為集液盤，通過塑膠管，將滲漏液引入底部的油水探測器，監視冷卻器泄漏情況。
3 WKDS 630Ex 雙管水冷卻器的結構和工作原理
3． 1 變壓器油水冷卻系統
該變壓 器 冷 卻 裝 置 采 用 德 國 GEA 生 產 的WKDS 630Ex 水冷卻器和保定鑫諾翔生產的智能水冷控制柜，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，熱油變為冷油，再從冷卻器下部流回變壓器; 水側冷水經過冷卻器 U 型內管換熱，水升溫后再流走。油水兩種介質各自不斷循環，通過冷卻器的內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有濾網、水流量計、電動門和手動門; 每組冷卻器油側設計有潛油泵、油流量計和手動門。冷卻器油側左右熱油和冷油支管分別設有溫度表和溫度變送器，水側進出口母管設有溫度表、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) 遠方實時監視。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和潛油泵的啟停，同時完成冷卻器水側和油側的投運。變壓器油水冷卻系統原理圖如圖 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。在滲漏控制器內部，用螺絲把一個磁性浮標開關連在接收器上，當接觸有變化，哪怕是出現幾立方厘米的滲漏就會報警。雙管冷卻器原理結構如圖 2 所示。
冷卻器采用內外管雙管結構，內外管同心布置，內外管緊密貼緊。內管內外壁光滑，外管內外壁成螺紋狀。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; 內管為不銹鋼管，內管內壁與水路接觸。內外管之間的泄漏通道呈內螺紋狀，便于將外漏的水或內漏的油順著螺紋流入底部集液盤和油水探測器。雙管原理結構如圖 3 所示。
內外管采用高壓水脹接工藝，外管內壁和內管外壁緊密貼合，讓內管和外管有效地接觸，達到高效的換熱效果，同時外管內壁有泄漏通道，既不影響導熱接觸面，又不阻礙泄漏液體的流出。
雙層管板是油側管板和水側管板，油側管板與外管脹接，水側管板與內管脹接。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: 水側水壓試驗，壓力1． 5 MPa，維持 0． 5 h 無滲漏; 油側油壓試驗，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。其中出現水流中斷和泄漏故障時，延時 5 s 發出相應的冷卻器故障信號，并切除故障冷卻器。出現油泵過載故障時，延時 200 ms 發出相應的冷卻器故障信號，并切除故障冷卻器。變壓器運行中出現冷卻器全停故障經延時 3 s 發出報警，若變壓器油溫已達 75 ℃，20 min 后發出事故跳閘信號; 若油溫未達75 ℃，負載#長不超過 1 h、空載#長不超過 2 h 發出事故跳閘信號。冷卻水高低流量報警時，根據投入冷卻器的臺數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，水流量應減少，以防止冷卻器結凍; ② 每組冷卻器的水流量不得超過設計值71 m3 / h; ③水側#大工作壓力不得超過 1 MPa，油側#大工作壓力不得超過 0． 5 MPa; ④定期檢查進水濾網，清洗雜質，并根據冷卻水水質情況檢查冷卻器水側; ⑤定期檢查水流開關和油流開關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導流管有無雜質; ⑧檢查油水系統密封件有無滲漏。
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 ℃，變壓器運行安全穩定，運行情況見表 2。
2) 該廠雙機處于夏季環境溫度#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，運行安全穩定，未發生冷卻器泄漏、冷卻水斷流、油流中斷等故障報警。同時，采用室內布置，工作環境干凈，可靠性高，廠界噪聲小，占地面積小，運行維護工作量少，符合高效節能環保的產業政策，值得推廣應用。
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