【技术解析】浅谈变压器强迫油循环风冷装置
浅谈变压器强迫油循环风冷装置
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。
1 绪论
主变压器是变电站内的最为关键电气设备。变压器在运行中由于铜损、铁损的存在而发热，它的温升直接影响到变压器绝缘材料的寿命、机械强度、负荷能力及使用年限。为了降低温升，提高功率，保证变压器安全经济地运行，变压器必须进行冷却。
高压变压器最常用的冷却方式一般有三种：油浸自冷式、油浸风冷式、强迫油循环风冷。深圳地区110 kV等级及以上变电站主变压器均属于大型变压器。其中，110 kV站主要采用油浸式自冷，少部分采用油浸式风冷。油浸自冷式就是以油的自然对流作用将热量带到油箱壁和散热管，然后依靠空气的对流传导将热量散发。而油浸风冷式是在油浸自冷式之外，在油箱壁或散热管上加装风扇，利用风扇帮助冷却。加装风扇后可使变压器的容量大幅增加。
深圳地区220 kV及以上变电站主要采用强迫油循环（OFAF）的冷却方式。当油温低的时候，主变的冷却方式为油浸自冷式。当温度达到一定的时候，启动风机，则此时为油浸风冷式。如此时温度继续升高达到一定值的时候，则启动强迫油循环风冷。
2 强迫油循环风冷却系统
2.1 强迫油循环风冷冷却器
冷却系统主要由热交换器、循环油泵、冷却风扇，及产生控制信号的负荷电流互感器、油温度计、线圈温度计、油流继电器和继电逻辑控制装置等组成。
装置主要是用潜油泵推动油不断循环，使得油与冷却介质空气进行热交换的冷却系统。它由冷却器本体、潜油泵、风扇电动机、导风筒、流速继电器、冷却器支架（或拉杆）、联管、活门及塞子、分控箱等组成。
冷却器为带有螺旋肋片的金属管，两端分别有一个集油室，金属管的端部在集油室的多孔板上。由于冷却器本体具有多个回路；在集油室内焊接有隔板，以形成多个回路的油循环回路。潜油泵安装在本体下方，导风筒安装在本体外侧，风扇电动机安装在风筒内，流速继电器安装在潜油泵出油端的联管上，假如油的流速低于定值，流速继电器可输出报警信号。一般来说，每台变压器有一个总控制箱，每组变压器上的冷却器可以装分控制箱，可以控制油泵和风扇的自动投入或切除。
2.2 强迫油循环风冷系统的控制原理
强迫油循环风冷却系统的控制装置由安装在每个冷却器下方，内部主要由包含接触器、热继电器的分控制箱和包含主接触器、控制开关、继电器等的总控制箱两部分组成。风冷却器控系统各部分的工作情况简要介绍如下：
2.2.1 电源自动控制
为了防止冷却器系统在电源故障时停止运转，一般要求应有两路独立的交流电源，通过转换开关或把手控制其中一个电源为工作电源，另一个电源为备用电源。例如“I电源工作、II电源备用”，这时系统接通I电源，断开II电源。当I电源因故障或其他原因消失或断相时，装置自动将I电源与系统母线断开，经延时确认后接通II电源。“II电源工作、I电源备用”类似。
2.2.2 冷却器控制
变压器运行时，各个冷却器可用控制开关来选择自身的工作状态：“工作”、“辅助”或“备用”。潜油泵投入运行后，当油流速度达到设定的定值时，油流继电器的动合触点闭合，动断触点打开，信号灯点亮，代表冷却器投入正常运行；当油流速度低于规定值时，油流继电器动合触点打开，动断触点闭合，信号灯熄灭，表示冷却器内部管路发生故障，同时自动启动备用冷却器（在“备用”位置的冷却器）；当潜油泵或风扇的电动机发生故障时，热偶继电器动作，使得触点打开从而停止电动机运转，经过延时后自动启动备用冷却器，并发出故障信号。正常情况下，备用冷却器是不投入运行的。在负载较低时，辅助冷却器（在“辅助”位置的冷却器）是不投入运行的，变压器绕组温度（如70 ℃）或顶层油温（如55 ℃）达到规定值时，温度控制器触点闭合：或负载电流达到额定值的75%时，使线圈励磁，从而使辅助冷却器投入运行。
2.2.3 故障回路
故障回路是指总控制箱内能够发出故障信号的回路，主要由4种情况：当两路交流电源都消失，使得所有冷却器停运时，发出冷却器全停信号，并经延时后使得断路器跳闸，从而将变压器从电力系统上切除；当某一路电源发生故障时发出故障信号；当工作、辅助冷却器发生故障，备用冷却器投入时，发出故障信号；当备用冷却器投入运行后产生故障时发出故障信号。
3 可编程逻辑控制器（PLC）在冷却器控制系统中的应用
3.1 PLC系统概述
常规变压器的冷却一般采用强迫油循环风冷却方式。该冷却系统主要由热交换器、循环油泵、风扇，及产生控制信号的负荷电流互感器、油温度计、线圈温度计、油流信号器和继电逻辑控制装置等组成。一直以来，冷却器的控制回路基本由继电式的布线回路产生控制逻辑来实现。冷却器的转换一般只能手动切换，就地及远方控制和监视信号靠二次电缆来传输。工程量大，自动化程度低。为此，对主变压器冷却器的控制系统进行改造，例如深圳某220 kV变电站站就已经采用PLC作为主控制器进行冷却器组的控制。
可编程逻辑控制器称为PLC（Program Logic Controller），是一种数字运算操作的电子系统，它采用可编程序存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作指令，并通过数字式，模拟式的输入和输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC装置的信息采集功能强大，采集的信息主要有各个冷却器工作状态，油流状态，变压器油面温度、绕组温度等等；而且能根据冷却器工作情况和油流状态判断出油泵运行是否正常，将各种信息通过以太网络传送至中控室计算机显示屏显示及故障报警。
3.2 引入PLC前后冷却器控制系统对比分析
3.2.1 控制系统的性能及可靠性
传统的变压器冷却控制系统使用了大量的继电器，由于二次触点接触不良容易从而产生的故障频发，控制冷却器工作电路的交流接触器长期在励磁与失磁之间转换，触点容易烧毁。PLC用程序来替代大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下少量硬件元件，因触点不良造成的故障大为减少，与功能相同的继电器相比，性能价格比很高。PLC与其他智能控制设备一起，可以实现集中管理，分散控制。
3.2.2 控制系统的安装、调试工作量
传统的冷却控制系统中大量继电器的安装、接线工作量非常大，配线时由于二次回路多容易出错，调试时必须使用交流380 V电源。PLC的安装、接线很方便，用接线端子连接外部接线，减少安装、配线的时间；PLC的程序调试，输入信号用小开关来模拟，通过PLC的发光二极管观察输出信号的状态，发现问题通过修改程序就可以解决，系统的调试时间少了很多。
3.2.3 控制箱的体积及费用
PLC在大型变压器冷却控制系统的应用，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，一般来说，PLC的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可以将控制箱的体积缩小到原来的1/2～1/10。PLC二次配线少，可以节省大量的配线和附件，从而省下不小的费用。
4 总结
强迫油循环风冷（OFAF）冷却方式，常用于我局220 kV及以上变电站的变压器冷却，此冷却方式可以很好地对主变产生的热量进行散热。现此种冷却方式的冷却系统通过改造，采用PLC作为主控制器进行冷却器组的控制，为实现无人值守变电站提供了可能，推动了变电所综合自动化系统的建设。
