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摘 要：冷却系统的工作状态对主变压器的安全可靠运行具有重要作用，北京电网220kV地下变电站主变压器采用强油循环水冷变压器，通过对冷却系统的安全运行分析及合理运用风险控制提升主变压器稳定运行水平，延长水冷系统的运行寿命。因此，对水冷系统的运行维护、故障处理、风险预控等方面的研究和分析对北京电网的稳定运行具有重要意义。
关键词：水冷系统；运行分析；风险控制
1 水冷变压器冷却系统原理
采用水冷方式的变压器，油箱上不装散热器，而是在变压器外部加装了一套油/水热交换系统和水/气热交换系统。通常情况下，油/水热交换系统布置在地下主变压器层，水/气热交换系统布置在地面层。
油/水热交换系统包括油泵、滤油器、油流计和水冷却器等。在水冷却器内部通有冷却水，外部流过变压器热油，冷却水将油的热量带走，使热油得到冷却。变压器的上层热油由油泵抽出，经过水冷器冷却后，从油箱下部流回变压器，去冷却变压器的铁芯和绕组，油受热后温度升高，热油再次流到变压器的顶部并被抽出。
油/水热交换系统包括水泵、水流计、风扇和补水装置等。冷却水吸收变压器热油的热量后，水温升高，循环水泵将冷却水加压上送到地面层，由风扇对冷却水回路进行降温，降温后再返回到地下层参与变压器热油的热量交换。
2 水冷变压器冷却系统优缺点分析
由于水的散热效率比空气高，强迫油循环水冷式与强迫油循环风冷式相比，散出同样的热量所消耗的材料和电能比较少，造价较低，所需冷却器的数量较少，维修工作量大为减少，而且风扇布置远离变压器，没有风扇的噪声，有利于运行中辨别变压器的声音异常。
水/气热交换系统通常布置在地面层，日晒雨淋、定期添加防冻剂、定期补水、清扫等维护工作量较多。另外，水冷系统构成复杂，水泵、油泵长时间满负荷运转，运行中故障情况频发。220kV主变压器的物理寿命可达40年，我国国内变压器的平均运行寿命为20年，而水冷系统整体运行寿命短，还无法实现与变压器同寿命。
3 冷却系统安全运行分析及风险控制措施
3.1 冷却系统工作模式定期轮换
油/水和水/气热交换系统冷却器工作模式分别通过控制手把进行选择。在油/水热交换系统中：正常方式下工作位置的冷却器运行，当变压器顶层油温到达65℃时，辅助位置冷却器自动投入运行，顶层油温到达55℃时返回；当工作位置的冷却器发生故障时，备用位置冷却器自动投入运行。在水/气热交换系统中：正常方式下工作位置的冷却器运行，当冷却水温度到达60℃时，辅助1位置散热器自动投入运行，50℃时返回；当冷却水温度到达70℃时，辅助2位置散热器自动投入运行，60℃时返回。为了确保冷却效果和水冷系统的运行寿命，油/水和水/气热交换系统的工作模式应每季度进行轮换。轮换工作后，应注意检查工作的冷却器、散热器指示灯正常，油泵、水泵、油流、水流、风扇工作正常，必要时应对轮换后的冷却器二次回路进行一次重点测温。
3.2 风冷全停
强迫油循环变压器绕组温度在80～140℃范围内，温度每升高6℃，其绝缘老化速度将增加一倍，即温度每升高6℃，其绝缘寿命就降低1/2。当变压器冷却器全停时，变压器温度将迅速上升，并且与主变负载率高度正相关，负荷越重，温升越大。此时若不能及时将变压器退出运行，将会造成变压器绝缘严重损坏。为此，在变压器风冷控制回路中增加了冷却器全停保护，保护变压器绝缘，延长其使用寿命。
水冷变压器运行中，其冷却系统异常报警信号通常包括：油/水冷却器电源故障、油/水冷却器故障、水/气冷却器电源故障、风扇电源故障、风扇故障、冷却器全停、水流异常报警、油流异常报警、水位低报警等信号，其中运行及维护单位尤其应关注冷却器全停迫使变压器跳闸故障并在运行中加强风冷全停故障的风险预控。近年来，北京电网大型变压器运行中出现多起冷却器全停导致变压器跳闸事故，多由于冷却系统电源故障及油/水交换系统机械故障引起。
3.3 冷却系统周期性检修工作
冷却系统的正常运行与否对主变压器的安全可靠运行具有重要作用，为保证水冷系统各组件的机械寿命，大型主变压器水冷系統应安排周期性检修，主要工作内容包括冷却装置内部清洗及油水热交换器大修。
采用强迫油循环水冷却方式的变压器正常运行时，冷却水中不得含有对铜铁有害的化学腐蚀剂，因此需要定期对冷却水质进行严格检测。发现冷却液水质异常时，需安排水冷系统大修。
3.4 水冷系统排气工作
水冷系统正常运行中，应关注油水热交换器排气工作。当冷却水循环系统内部积聚气体时，水流计挡板感应到水流压力的不稳定会引起水流计指针频繁抖动，严重时将启动冷却器全停保护，导致主变压器跳闸事故。因此要对水冷系统定期排气，防止内部积聚大量气体。
水冷系统排气工作应由专业人员开展，排气周期进行差异化管理。有自动排气阀的水冷装置，宜每半年进行1次排气水位检查；无自动排气阀的水冷装置，宜每季度进行1次排气水位检查工作。根据北京电网水冷变压器实际运行经验，遇有水泵、水流计更换，油水交换器大修，水冷系统冷却装置大修等工作，专业人员应对冷却系统进行多次排气，并至少连续2天排气，直至无气体排出为止。
4 结语
城市电网的安全可靠运行既是供电企业的经济效益，也是供电企业的社会责任。城市经济的发展和市容市貌的约束对变电站规划提出了双重挑战，由于水冷变压器运行数量有限、运行经验少，对主变压器水冷系统的研究和分析是一项长期而有意义的工作。
参考文献
[1]张华.电力变压器现场运行与维护[M].中国电力出版社，2015.
[2]本社.DL/T572-2010电力变压器运行规程[M].中国电力出版社，2010.
（作者单位：国网北京市电力公司检修分公司）
关键词：水冷系统；运行分析；风险控制
1 水冷变压器冷却系统原理
采用水冷方式的变压器，油箱上不装散热器，而是在变压器外部加装了一套油/水热交换系统和水/气热交换系统。通常情况下，油/水热交换系统布置在地下主变压器层，水/气热交换系统布置在地面层。
油/水热交换系统包括油泵、滤油器、油流计和水冷却器等。在水冷却器内部通有冷却水，外部流过变压器热油，冷却水将油的热量带走，使热油得到冷却。变压器的上层热油由油泵抽出，经过水冷器冷却后，从油箱下部流回变压器，去冷却变压器的铁芯和绕组，油受热后温度升高，热油再次流到变压器的顶部并被抽出。
油/水热交换系统包括水泵、水流计、风扇和补水装置等。冷却水吸收变压器热油的热量后，水温升高，循环水泵将冷却水加压上送到地面层，由风扇对冷却水回路进行降温，降温后再返回到地下层参与变压器热油的热量交换。
2 水冷变压器冷却系统优缺点分析
由于水的散热效率比空气高，强迫油循环水冷式与强迫油循环风冷式相比，散出同样的热量所消耗的材料和电能比较少，造价较低，所需冷却器的数量较少，维修工作量大为减少，而且风扇布置远离变压器，没有风扇的噪声，有利于运行中辨别变压器的声音异常。
水/气热交换系统通常布置在地面层，日晒雨淋、定期添加防冻剂、定期补水、清扫等维护工作量较多。另外，水冷系统构成复杂，水泵、油泵长时间满负荷运转，运行中故障情况频发。220kV主变压器的物理寿命可达40年，我国国内变压器的平均运行寿命为20年，而水冷系统整体运行寿命短，还无法实现与变压器同寿命。
3 冷却系统安全运行分析及风险控制措施
3.1 冷却系统工作模式定期轮换
油/水和水/气热交换系统冷却器工作模式分别通过控制手把进行选择。在油/水热交换系统中：正常方式下工作位置的冷却器运行，当变压器顶层油温到达65℃时，辅助位置冷却器自动投入运行，顶层油温到达55℃时返回；当工作位置的冷却器发生故障时，备用位置冷却器自动投入运行。在水/气热交换系统中：正常方式下工作位置的冷却器运行，当冷却水温度到达60℃时，辅助1位置散热器自动投入运行，50℃时返回；当冷却水温度到达70℃时，辅助2位置散热器自动投入运行，60℃时返回。为了确保冷却效果和水冷系统的运行寿命，油/水和水/气热交换系统的工作模式应每季度进行轮换。轮换工作后，应注意检查工作的冷却器、散热器指示灯正常，油泵、水泵、油流、水流、风扇工作正常，必要时应对轮换后的冷却器二次回路进行一次重点测温。
3.2 风冷全停
强迫油循环变压器绕组温度在80～140℃范围内，温度每升高6℃，其绝缘老化速度将增加一倍，即温度每升高6℃，其绝缘寿命就降低1/2。当变压器冷却器全停时，变压器温度将迅速上升，并且与主变负载率高度正相关，负荷越重，温升越大。此时若不能及时将变压器退出运行，将会造成变压器绝缘严重损坏。为此，在变压器风冷控制回路中增加了冷却器全停保护，保护变压器绝缘，延长其使用寿命。
水冷变压器运行中，其冷却系统异常报警信号通常包括：油/水冷却器电源故障、油/水冷却器故障、水/气冷却器电源故障、风扇电源故障、风扇故障、冷却器全停、水流异常报警、油流异常报警、水位低报警等信号，其中运行及维护单位尤其应关注冷却器全停迫使变压器跳闸故障并在运行中加强风冷全停故障的风险预控。近年来，北京电网大型变压器运行中出现多起冷却器全停导致变压器跳闸事故，多由于冷却系统电源故障及油/水交换系统机械故障引起。
3.3 冷却系统周期性检修工作
冷却系统的正常运行与否对主变压器的安全可靠运行具有重要作用，为保证水冷系统各组件的机械寿命，大型主变压器水冷系統应安排周期性检修，主要工作内容包括冷却装置内部清洗及油水热交换器大修。
采用强迫油循环水冷却方式的变压器正常运行时，冷却水中不得含有对铜铁有害的化学腐蚀剂，因此需要定期对冷却水质进行严格检测。发现冷却液水质异常时，需安排水冷系统大修。
3.4 水冷系统排气工作
水冷系统正常运行中，应关注油水热交换器排气工作。当冷却水循环系统内部积聚气体时，水流计挡板感应到水流压力的不稳定会引起水流计指针频繁抖动，严重时将启动冷却器全停保护，导致主变压器跳闸事故。因此要对水冷系统定期排气，防止内部积聚大量气体。
水冷系统排气工作应由专业人员开展，排气周期进行差异化管理。有自动排气阀的水冷装置，宜每半年进行1次排气水位检查；无自动排气阀的水冷装置，宜每季度进行1次排气水位检查工作。根据北京电网水冷变压器实际运行经验，遇有水泵、水流计更换，油水交换器大修，水冷系统冷却装置大修等工作，专业人员应对冷却系统进行多次排气，并至少连续2天排气，直至无气体排出为止。
4 结语
城市电网的安全可靠运行既是供电企业的经济效益，也是供电企业的社会责任。城市经济的发展和市容市貌的约束对变电站规划提出了双重挑战，由于水冷变压器运行数量有限、运行经验少，对主变压器水冷系统的研究和分析是一项长期而有意义的工作。
参考文献
[1]张华.电力变压器现场运行与维护[M].中国电力出版社，2015.
[2]本社.DL/T572-2010电力变压器运行规程[M].中国电力出版社，2010.
（作者单位：国网北京市电力公司检修分公司）