霍建中
（中电建水电开发集团有限公司 四川成都 610094）
摘要：本文对坪头水电站主变压器运行中出现的油温高故障进行了详细的分析，分析得出引起主变温度高故障的主要原因，并根据实际检测、分析情况提出了相应处理措施。
关键词： 变压器；温度；故障
一、前言
坪头水电站位于四川省凉山彝族自治州美姑、昭觉、雷波三县交界处，安装三台60MW混流式水轮发电机组，装机容量180MW。尾水采用单机单洞有压出流。
电站主接线方式为：1#、2#机采用扩大单元接线，经1#主变压器（容量150MVA）接入220kV母线；3#机采用发变组单元接线，经2#主变压器（容量75MVA）接入220kV母线。1#、2#主变布置在地下厂房主变室内。
二、主变压器及其冷却系统
坪头水电站1#主变压器为无载调压油浸式升压变压器，变压器冷却方式为强迫油循环水冷（OFWF），具体参
1#主变正常运行时由1#或2#机组的循环技术供水系统供水，当1#、2#机组的循环技术供水系统均发生故障时，由主变备用备用技术供水系统供水。
循环技术供水工作原理：在机组尾水中设置尾水冷却器，利用水泵将机组升温后的冷却水通过布置在尾水中的尾水冷却器将机组各部热量带走，降温后的冷却水重新进入机组，也即利用尾水散热。工作流程：循环水池→深井泵→尾水冷却器→机组各部位冷却器、主变冷却器→循环水池（依次循环）。
1#机组正常运行时，1#机组循环技术供水系统分别为1#机组的上导/推力轴承冷却器、下导轴承冷却器、水导轴承冷却、发电机空气冷却器和1#主变冷却器提供冷却水。2#机组正常运行时，2#机组循环技术供水系统分别为2#机组的上导/推力轴承冷却器、下导轴承冷却器、水导轴承冷却、发电机空气冷却器和1#主变冷却器提供冷却水。当1#、2#机组都处于运行或停机状态时，由运行人员手动切换三通换向阀，由1#机组循环技术供水系统或2#机组循环技术供水系统向1#主变冷却器供水。
三、故障现象及原因分析
随着中国经济发展进入新常态，电力需求增长乏力，加上四川水电电源集中在近几年投产、外送通道建设滞后等因素影响，已经导致四川电力供应从此前的“丰余枯缺”快速转变为现在的“丰裕枯余”，电力市场整体严重过剩，弃水严重。由于外送通道限制，坪头水电站汛期经常零负荷运行，机组全停机，主变压器空载运行，仅带厂用电。主变压器在空载运行时上层油温不断上升至80℃，并出现“油温高”报警。坪头水电站1#主变、2#主变在汛期长时间空载运行时均出现过“油温高”报警，由于1#主变容量为2#主变容量的两倍，空载损耗更大，温升更快、更高，更易出现“油温高”报警，因此下面我们以1#主变为例重点分析引起“油温高”报警的原因。
变压器温度异常升高的原因可能有：
（1）变压器过负荷，电流过大。
（2）冷却设备运行不正常。
（3）变压器内部故障或异常，例如分接开关接触不良、绕组匝间短路、铁芯硅钢片间短路、变压器缺油、散热管内阻塞等。
（4）环境温度过高。
由于1#主变空载运行时出现上层油温高报警，所以可以排除变压器过负荷引起的温度异常升高。通过连续观察发现1#主变在相同的环境温度下，空载运行温度比带负荷运行时的温度还要高，带负荷运行时主变温度正常，所以环境温度高并非引起1#主变油温高报警的主要原因。1#主变在运行期间也未进行过分接开关调整，假若分接开关接触不良，接触电阻增大，那么主变带负荷运行时引起的温度升高将比空载运行时更明显，由此可以排除由于分接开关接触不良引起的主变温度异常升高。由于1#主变油温高现象仅在空载运行时出现，查阅主变测温记录，主变各部温度在空载运行时缓慢升高，相同部位的测点温度基本一致，由此可以排除主变内部绕组匝间短路、铁芯硅钢片间短路等故障引起的温度异常升高。
经现场检查，1#主变油枕油位正常，主变冷却器冷却水压正常，示流器工作正常，压力表、示流信号器指示正确。潜油泵运转正常，无异音，无振动现象，油流继电器指示正常，各阀门位置正确，各部无渗、漏油现象。变压器室通风良好。经过初步排查，并未发现设备异常。
查阅1#主变技术参数可知，1#主变空载损耗为89KW，负载损耗为400KW。假如在相同的散热条件下，由于主变负载损耗明显大于空载损耗，那么主变在带负荷运行时的温升将明显大于空载运行时的温升。而现在1#主变空载运行时的油温比负载运行时还要高，说明主变在空载运行时冷却器的效率大大的降低了。在其他条件均一致的情况下，冷却器的效率主要与冷却水的进出温度、流量等有关。在冷却水压、流量不变的情况下，那就说明主变冷却器的进水温度发生变化。假如主变冷却器进水温度升高，与主变油温温差变小，则冷却器效率降低，主变油温将升高。因此，我们怀疑主变空载运行时冷却器进水温度升高了。由于之前并未监测主变冷却器进出水温度，暂时无法确认主变空载运行时冷却器进水温度确实升高了。
1#主变冷却器由1#机组或2#机组的循环技术供水系统供水，由布置在尾水洞内的尾水冷却器将热量带走。机组正常发电时，通过尾水冷却器热交换由水流将机组及主变产生的热量带走。当1#、2#机组均停机时，无论由1#机组循环技术供水系统还是由2#机组循环技术供水系统为1#主变冷却器供水，此时由于坪头水电站机组尾水出口底板高程高于下游溪洛渡水库水位，机组停机后尾水管内没有流水补充，此时尾水冷却器就相当于泡在一潭死水里面，冷却效果自然大打折扣。因此造成1#主变空载运行时油温高报警。经过一段时间对主变带负荷运行与空载运行时冷却水进口温度的监测也印证了这一点。
四、处理措施
为防止主变长期空载运行出现油温过高的情况，我们在汛期机组运行方式上进行了调整。
当1#机组运行、2#机组停机时，由1#机组循环技术供水系统向1#主变冷却器供水，尽量避免由2#机组循环技术供水系统向1#主变冷却器供水。同理，当1#机组停机、2#机组运行时，由2#机组循环技术供水系统向1#主变冷却器供水，尽量避免由1#机组循环技术供水系统向1#主变冷却器供水。
当1#、2#机组停机，3#机组发电时，1#主变空载运行上层油温达到70℃时，打开1#（或2#）、3#机组尾水放空阀，由3#机组向1#（或2#）机组尾水管充水，保证1#（或2#）机组尾水管有流水补充。
当全厂停机时，注意观察主变温度，当主变上层油温达到70℃时，开1台机组带厂用电运行，同时打开3台机组尾水放空阀，由这台机组向其他两台机组尾水管补水，保证尾水冷却器换热效果，确保主变正常运行。
当全厂仅有一台机组发电时，若另一单元主变空载运行上层油温达70℃时，也可及时换机运行。
由于主变备用技术供水系统一直未启用，待主变备用技术供水系统启用后，当主变由于尾水冷却器散热不良导致温度升高报警时，也可由主变备用循环水池向主变冷却器供水。
五、结语
由于坪头水电站主变压器布置在地下厂房内，散热条件较为不利，设计采用强迫油循环水冷却方式。又由于美姑河泥沙含量大，主变冷却水设计采用循环技术供水，利用尾水冷却器散热。由于近年来送出通道限制，设计人员未充分考虑到汛期机组长时间停机、环境温度高、尾水管出口高程又高于下游库水位的极端情形下变压器的散热问题，因此造成尾水冷却器散热不良、主变油温高报警的后果。通过机组运行方式的调整彻底解决了此问题。
作者简介：
霍建中，男，1982年1月，学士，中电建水电开发集团有限公司，主要从事电站机电技术管理工作。
论文作者:霍建中
论文发表刊物:《河南电力》2018年10期
论文发表时间:2018/11/16
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