浙江浙能樂清發(fā)電有限責(zé)任公司 龐雷

1 引言

勵磁變壓器受到容量、安裝位置、材料、結(jié)構(gòu)和散熱方式等因素的影響，導(dǎo)致此類變壓器在夏季機組接近滿載工況運行下，繞組及鐵芯溫度通?！?00℃。雖然勵磁變一般為F 級絕緣，繞組最高可承受溫度為155℃，但通過實際運行發(fā)現(xiàn)，長期高溫運行后的變壓器，鐵芯絕緣漆剝落嚴重，低壓繞組絕緣易出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象，容易影響絕緣材料的使用壽命，嚴重時造成薄弱部位絕緣、擊穿。目前主要通過啟動散熱風(fēng)扇對變壓器繞組進行局部風(fēng)冷降溫。但這種冷卻方式存在以下弊端。

一是由于冷卻風(fēng)扇往往安裝在底部，吹風(fēng)時會造成底部迎風(fēng)面的繞組和鐵芯溫度很低，而頂部背風(fēng)面溫度高的情況會造成繞組上下溫度不均勻。

二是大量未經(jīng)過濾的冷卻風(fēng)造成繞組風(fēng)道內(nèi)積灰嚴重，從而影響變壓器散熱效果。

三是風(fēng)機在變壓器內(nèi)部，如遇故障必須停用變壓器更換。

四是風(fēng)機啟停時溫度波動大，頻繁熱脹冷縮影響夾件緊固度和絕緣壽命。

因此，需要探討如何使勵磁變均勻而平穩(wěn)地散熱。

2 解決思路

以某電廠發(fā)電機組為例，機組容量660MW，勵磁變?nèi)萘?200kVA。同類型勵磁變被排查出繞組存在絕緣薄弱的隱患，其原因是局部高溫引起，故計劃將其進行更換。因此，電廠設(shè)備管理人員希望通過使用強迫風(fēng)冷的形式對勵磁變進行持續(xù)散熱，以達到整體降低溫度的目的。

在電廠內(nèi)，使用強迫風(fēng)冷的設(shè)備并不少，DCS的機柜、變頻器等電子設(shè)備均采用強迫風(fēng)冷，但用在勵磁變中仍存在以下難點。

一是除進出風(fēng)道外，變壓器必須為全封閉結(jié)構(gòu)，需要定制外殼。

二是冷卻風(fēng)量的調(diào)節(jié)，需要做到平穩(wěn)控制溫度。

三是冷卻風(fēng)道的布置，需要做到均勻降溫。

為解決以上問題并結(jié)合電廠實際運行、維護、檢修需要，在勵磁變招標書中即對勵磁變在強迫風(fēng)冷方面做了一些要求。

3 勵磁變定制情況

新勵磁頂部每邊各設(shè)3臺風(fēng)機，一共6臺，底部為進風(fēng)口，設(shè)濾網(wǎng)。

風(fēng)冷采用上拉風(fēng)方式，風(fēng)機裝于變壓器頂部側(cè)面，可在運行時更換。冷卻風(fēng)通過下部濾網(wǎng)，進入繞組下部，對繞組和鐵芯進行冷卻。風(fēng)機出口設(shè)有自動百葉，當(dāng)風(fēng)機停運時可以自動關(guān)閉出風(fēng)口，防止冷卻風(fēng)倒吸。外置引風(fēng)機6 臺，風(fēng)機采用3 相380V 電壓，并引出相應(yīng)的電源線接至冷卻風(fēng)機控制箱，電機功率2.38kW。除外部引風(fēng)機外，變壓器內(nèi)部在繞組底部還需安裝6 組風(fēng)機用于冷卻增效。

4 勵磁變安裝及風(fēng)機調(diào)試

勵磁變于2018年3月運抵電廠，經(jīng)過一周的安裝后開始進入冷態(tài)調(diào)試階段，這一階段主要調(diào)試單臺和多臺的風(fēng)機啟?？刂圃囼灒p電源切換試驗，風(fēng)量試驗。2018年4月7日機組并網(wǎng)，從23時至次日7時，機組負荷穩(wěn)定在600MW，勵磁變最高溫度穩(wěn)定在76℃。此時風(fēng)機運行2臺。

機組運行半年內(nèi)，電廠人員在運行中對勵磁變風(fēng)機啟動的臺數(shù)、風(fēng)機布局、進風(fēng)口開度、進風(fēng)角度等參數(shù)進行了多次調(diào)節(jié)。正常運行時，啟動2 臺風(fēng)機最宜，嘗試僅開1 臺的情況，各繞組溫升會提高7℃左右。嘗試開啟3 臺風(fēng)機，因風(fēng)機出力過大，考慮到外殼承壓能力不足，不建議執(zhí)行。

風(fēng)機運行以AC 相對角運行最宜。嘗試全B 相風(fēng)機運行，AC相溫度有略微升高，B相溫度變化不明顯。嘗試全A 相或全C 相運行，B 相溫度上升明顯。

加大繞組底部進風(fēng)量能夠明顯降低繞組溫度。由于出廠時進風(fēng)口的開口過大，導(dǎo)致部分冷卻風(fēng)直接沿著變壓器外殼的內(nèi)壁流走，未參與內(nèi)桶低壓繞組的冷卻，因此，當(dāng)使用節(jié)流板和導(dǎo)流片加大底部的送風(fēng)后，溫度繞組溫度明顯下降。

開啟勵磁變底部送風(fēng)機后（功率90W），繞組溫度下降非常明顯，但鑒于速率過快只作為后備冷卻用，啟動定值被設(shè)置在95℃，后期需要加入變頻控制進行調(diào)節(jié)。

濾網(wǎng)以2月更換一次為宜，每次更換濾網(wǎng)后繞組溫度可下降5℃左右，濾網(wǎng)選擇30 目的聚氨酯防塵過濾棉，厚度為1cm。

經(jīng)過第一階段的初步條件和試運行，表明勵磁變使用強迫風(fēng)冷的方式可行，夏季高負荷時勵磁變B 相溫度與負荷曲線如圖1所示。2019年8月份，設(shè)備投運1年后，機組負荷從12 時～18 時一直處于滿發(fā)狀態(tài)，勵磁變繞組最高溫度可被控制在90℃以內(nèi)。但從曲線看，繞組溫度變化隨著負荷變化明顯，機組低負荷時繞組溫度70℃，高負荷時90℃，均勻性不佳，因此，需要通過變頻調(diào)節(jié)的手段控制風(fēng)機出力，從而達到繞組溫度曲線平緩的效果。

圖1 勵磁變B相溫度與負荷曲線

5 風(fēng)機變頻調(diào)速

變頻器的控制策略示意圖如圖2所示。

圖2 變頻器的控制策略示意圖

風(fēng)機的變頻調(diào)速是通過變頻器將原50Hz 的交流電頻率降低或升高，從而達到改變風(fēng)機轉(zhuǎn)速的效果。變頻器的輸出大小可通過PID 進行控制，目前市面上大部分變頻器均自帶PID模塊。

變頻器上電后，接收來自繞組溫度的4～20mA信號，當(dāng)負荷升高，繞組溫度上升至82℃時，喚醒變頻器，但此時還未到85℃的目標值，冷卻風(fēng)機處于最小功率輸出模式。如溫度持續(xù)上升，接近85℃時，變頻器內(nèi)的PID 模塊會根據(jù)溫升速率調(diào)節(jié)輸出大小，直至將溫度保持在85℃左右。這是一個簡單的負反饋控制系統(tǒng)，通過對比繞組溫度與設(shè)定值的偏差來控制風(fēng)機轉(zhuǎn)速的高低。

2020年4月，結(jié)合機組檢修，加裝了變頻器控制箱，并對原有電氣回路進行改進，當(dāng)處于變頻模式下時，頂部和底部風(fēng)機的動力電源由變頻器提供，因此控制回路與動力回路需要單獨從雙電源裝置處獲取，以防止控制回路頻率改變后接觸器無法正常工作，并設(shè)置有變頻/工頻轉(zhuǎn)換開關(guān)。

鑒于原風(fēng)機為非變頻專用風(fēng)機，因此起始的轉(zhuǎn)速不宜過低，通過冷態(tài)下的反復(fù)調(diào)試，認為12%的初始轉(zhuǎn)速可以滿足要求，此時電機外殼溫度可以被控制在≤50℃。

調(diào)試完畢后，勵磁變B 相溫度與負荷的典型曲線2如圖3所示。

圖3 勵磁變B相溫度與負荷曲線2

16h 內(nèi)機組負荷最高點達到650MW,最低點在327MW，且在后半段存在連續(xù)性的負荷擺動。在整個時間段內(nèi)，勵磁變B 相最高溫度可控制在77～86℃。在前半段負荷630MW 的穩(wěn)定期時，溫度穩(wěn)定在86℃，中段負荷先銳減至450MW，最低至330MW，由于發(fā)熱量的迅速下降，風(fēng)機轉(zhuǎn)速也同時降低，降至最低轉(zhuǎn)速后，勵磁變最低溫度被控制在80℃，此時機組負荷經(jīng)歷了2 輪擺動，勵磁變溫度波動為1℃左右。

20點后，晚高峰來臨，期間機組負荷高點達到650MW，并經(jīng)歷了4輪擺動，勵磁變溫度變化約為1℃。晚高峰結(jié)束后機組負荷迅速下降至380MW左右，風(fēng)機出力隨之降低，變壓器溫度最低至77℃。

6 結(jié)語

自2018年4月，經(jīng)過4年的運行，勵磁變的溫度始終能夠控制在一個合理的范圍內(nèi)。通過歷次調(diào)停后對勵磁變的檢查發(fā)現(xiàn)，內(nèi)部除有少量浮灰外，其他部位依舊如新，各處絕緣漆未見鼓包和剝落現(xiàn)象。特別是第二階段加入變頻器調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速后，繞組溫度可以被控制在一個很小的范圍內(nèi)，當(dāng)負荷在小范圍連續(xù)變化時，繞組溫度的變化僅在1℃左右。因此，勵磁變通過變頻器進行強迫風(fēng)冷卻運行的方式是可行且成功的。