浅谈变压器强迫油循环风冷却器的智能变频控制

浅谈变压器强迫油循环风冷却器的智能变频控制

王伟行

（保定多田冷却设备有限公司河北保定071051）

摘要：主变压器是变电站内的最为关键电气设备。深圳地区电压等级高的变电站一般采用强迫油风冷循环（OFAF）的冷却方式。过去使用的继电式控制方式存在着很多缺点：比如说控制回路复杂、功能可靠性比较差、设备故障率较高、运行维护工作量大等等；基于PLC设计的变压器冷却控制系统具有可靠性高、抗干扰能力强、功能强大、智能化等优点。

关键词：主变压器；冷却器；变频智能控制；分析

1强迫油循环风冷却器的运行要求

在电力网上运行的变压器冷却方式一般有三种形式：（1）油浸自冷式；（2）油浸风冷式；（3）强油风冷式（分导向式和非导向式）。强油风冷式一般在220kV以上变压器使用，是用冷却器的潜油泵把变压器内部热油从油箱上部抽出进入冷却器吹风冷却，冷却后的油从油箱下部打入绕组间，形成一个强迫油循环冷却的过程，而带有导向循环的方式增加了变压器绕组内部导向油道，将冷却后的油直接导向绕组的线段内，线段的热量可以很快带走，使绕组最热点温度迅速下降，提高绕组的温升限值（5K）。

强油风冷却器的运行要求：

（1）当变压器投入时，能自动投入相应数量的工作冷却器；在变压器停止运行时，能自动切除全部运行的冷却器。

（2）当运行的变压器顶层油温（或绕组温度）或负载电流达到规定值时，能自动启动辅助冷却器。

（3）在运行中的冷却器发生故障时，能自动启动备用冷却器。

（4）各冷却器可用控制开关手柄位置来选择冷却器的工作状态（工作、辅助或备用）。

（5）整个冷却系统需接入两个独立的电源，可任意选一个为工作电源，另一个为备用电源。

（6）油泵电机和风扇电机设有过负载、短路或断相的运行保护。冷却器系统在运行中发生故障时，能发出事故信号。

2自动控制的演变

随着电子技术的不断发展，强油风冷却器控制系统也在不断更新，在保证强油风冷却器的运行要求的前提下，由电磁式继电器控制发展到PLC可编程自动控制，目前更进一步发展到了PLC可编程智能型自动控制。

2.1电磁式继电器控制模式

控制系统全部使用空气开关、交流接触器等元件组成，各种功能的实现全部依靠元件按照一定的逻辑原理联接，受电动作后改变自身接点状态进行，是最基础的电气控制系统。

仅以三组冷却器分别定义为“工作”、“辅助”、“备用”作为说明，控制系统实现各分组冷却器在“工作”、“辅助”、“备用”状态下功能。

（1）工作状态：当冷却控制系统投入时，第1组冷却器设置为“工作”，SC1把手设置在“工作”位置，把手中③―④、⑨―⑩接通，KM1通过⑨―⑩接通受电励磁，KM1主接点闭合，第1组冷却器起动运行。

（2）辅助状态：第2组冷却器设置为“辅助”，SC2把手设置在“辅助”位置，把手中⑤―⑥、○11―○12接通，POP1接在油温45度接点，POP2接在油温55度接点上，当变压器运行温度达到55度时，POP1接点闭合，POP2接点闭合，K3通过POP2接通受电励磁，K3上的接点“常开”变成“常闭”，KM2通过SC2的○11―○12接通受电励磁，KM2主接点闭合，第2组冷却器起动运行。

（3）备用状态：第3组冷却器设置为“备用”，SC3把手设置在“备用”位置，把手中①―②、⑦―⑧接通。

当第1组“工作”状态的冷却器故障时，K5通过SC1的③―④、KO1或KM1接点、⑨―⑩接通受电励磁，K5上的接点“常开”变成“常闭”，KM3通过SC3的⑦―⑧接通受电励磁，KM3主接点闭合，第3组冷却器起动运行。

当第2组“辅助”状态的冷却器故障时，K5通过SC2的⑤―⑥、KO2或KM2接点、○11―○12接通受电励磁，K5上的接点“常开”变成“常闭”，KM3通过SC3的⑦―⑧接通受电励磁，KM3主接点闭合，第3组冷却器起动运行。

电磁式继电器控制模式采用继电器触点的串联或并联，其连线多且复杂、体积大、功耗大、触点存在机械磨损、电弧烧伤现象，同时使用的继电器触点数量有限，其灵活性受到限制。

2.2PLC可编程自动控制模式

控制系统在空气开关、交流接触器等元件组成的基础上，加入了PLC可编程控制器，在PLC可编程控制器内写入控制程序，各种功能的实现全部依靠PLC可编程控制器的程序逻辑原理控制，是比较先进的电气控制系统。

由于采用了PLC可编程控制器，增加了控制屏，可在屏上设置各组冷却器的“工作”、“辅助”、“备用”状态，因此，分组冷却器的控制把手只有3种状态：“手动”、“停止”、“自动”。当冷却系统投入运行前，将各分组冷却器把手全部设置为“自动”，在控制屏上设置各组冷却器的“工作”、“辅助”、“备用”状态，如设置第1组冷却器为“工作”、第2组冷却器为“辅助”、第3组冷却器为“备用”状态。

（1）工作状态：当冷却控制系统投入时，PLC可编程控制器指令第1组冷却器接点闭合，第1组电机回路导通，第1组冷却器起动运行。

（2）辅助状态：当变压器顶层油温达到55度时，向PLC可编程控制器输入了55度开关量指令，PLC可编程控制器指令第2组冷却器接点闭合，第2组电机回路导通，第2组冷却器起动运行。

（3）备用状态：当设置为“工作”的第1组冷却器或设置为“辅助”的第2组冷却器发生故障时，故障动作向PLC可编程控制器输入了故障开关量指令，PLC可编程控制器指令第3组冷却器接点闭合，第3组电机回路导通，第3组冷却器起动运行。

PLC可编程控制模式原理简单，动作可靠，使用元件少，但是一但PLC可编程控制器故障，所有分组冷却器全部起动，不再有“工作”、“辅助”、“备用”状态的区分，不能根据变压器顶层油温和冷却器故障条件投切分组冷却器，也就回到了最原始的手动操作模式。

2.3PLC可编程变频智能型自动控制

智能控制在PLC程控的基础上增加了变频调速控制。控制参量采用连续的模拟量信号来替代原来传统的开关量接点控制信号。变压器冷却智能变频控制，将变压器冷却系统中风机的工作状态由不均衡的工频模式，改为根据变压器油温和负载变化，均衡调整风量的变频模式，冷却器的投入组数和运行频率，是根据变压器顶层油温和负荷电流实际运行情况，在程序中所建立的多变量输入数学模型，精密地计算出了风机的控制频率，变频器依据计算出的频率平滑调节风机的运行转速，使变压器的发热和散热达到较平衡的状态，减小变压器油温的波动，是智能、环保、节能的新型控制系统。

智能控制系统，与传统控制方式不同，冷却器组没有固定的“工作”、“辅助”、“备用”，根据变压器的运行状态，PLC计算变压器实际需要的冷却功率，优化控制冷却器组数的投入和风机的运行频率。以3组冷却器为例：当变压器的油温和负荷低于设定低温控制段时，节能降噪优先，投入1组冷却器，以较低频率运行；随着变压器油温和负荷的升高，增加风机的运行频率，当运行冷却器组达到近工频时，投入2组冷却器，运行频率低于工频；当变压器的油温和负荷达到设定的中温控制段时，2组冷却器投入，风机运行频率为工频；当变压器油温和负荷达到设定的高温控制段时，智能控制系统以降温优先，3组冷却器全部投入运行，根据高温段的温度变化，控制风机的运行转速。为了均衡风机的使用寿命，3组冷却器的投入顺序，可按照设定的工作周期依次自动轮换。

智能控制系统采用双模控制，是工频和变频两个独立的控制回路，自动模式继电器有效时，运行可采用变频运行方式；当PLC断电或损坏、控制模拟量信号断线或异常时，模式继电器失效，系统自动转到手动运行模式。手动运行模式是独立的纯元件控制模式，每组冷却器设有独立的选择开关，冷却器设定为“工作”、“辅助”、“备用”3种状态，可实现电磁式继电器控制方式的所有功能。采用双模控制方式使变压器冷却系统安全、稳定运行，得到了双重的保证。

总结

变压器智能风冷变频控制系统，可广泛应用于强迫油循环风冷、强迫油循环水冷、自然油循环风冷的变压器上，替代原传统电磁式继电器风冷控制柜，该系统的节能降噪、低炭环保、工作稳定可靠等性能特点和性价比高的优点正在逐渐被广泛认知，随着智能化变电站的不断建设发展，智能风冷变频控制系统是未来风冷控制的必须设备。

参考文献：

[1]电力变压器手册编写组.电力变压器手册.1990/

[2]JB/T5777.2―2002.20电力系统二次电路用控制及继电保护屏（柜、台）通用技术条件.

[3]JB/T8315―2007变压器用强迫油循环风冷却器标准.