220kV变电站主变风冷方式改造

【摘要】本文对改造前220kv变压器强油循环风冷回路的启动方式以及存在的问题进行了分析，阐述了风冷回路改造的必要性。改造后的自然油循环风冷回路采用PLC智能模块控制，实现了风冷装置的自启动，减轻了运行人员的工作量，同时多种启动方式确保了变压器的安全可靠运行。

【关键词】220kV主变;强油循环风冷;自然油循环风冷;控制回路

引言

我局在2013年7月进行了220kV长沙变电站主变冷却系统改造，将变压器原有的强油循环风冷改造为由PLC智能模块控制的自然油循环风冷。改造后的变压器冷却系统自投运以来，克服了原有强油循环风冷冷却器长期运行的缺点，实现了根据变压器油温、绕温、负荷等的变化自动功能，具有节能降耗、运行稳定的优点。

1.主变压器冷却方式及风冷控制回路的相关要求

变压器的冷却方式是按变压器箱体内部和外部冷却介质的种类及其流动方式来分类的，油浸式变压器的冷却方式主要有自然冷却（ONAN）、自然油循环冷却（ONAF）、强迫油循环风冷（OFAF）等。

按照国家能源局的《电力变压器运行规程》以及《广东电网公司电力变压器（含高抗）技术规范》规定，变压器冷却装置应符合以下要求：

（1）强油循环的冷却系统必须有两个独立的工作电源并能自动和手动切换。当工作电源发生故障时，应发出音响、灯光等报警信号[1]。

（2）强油循环变压器，当切除故障冷却器时应发出音响、灯光等报警信号，并自动投入备用冷却器;对有两组或多组冷却系统的变压器，应具备自动分组延时启停功能[1]。

（3）当冷却装置故障、自动控制装置故障、冷却器退出运行时， 保护装置应能检测出并发出音响、灯光等报警信号。当冷却系统电源消失时， 应及时发出信号， 并按主变冷却方式要求， 在必要时经一定时限自动切除变压器[1]。

2.改造前强油循环风冷系统存在的问题

首先，为了保证变压器的安全运行，冷却器的油泵和风扇电机需连续运行。由于油泵长期运行，轴承磨损需要经常更换，油泵也更容易老化、损坏。同时轴承磨损后，存在着容易使金属粉末、碎片进入变压器内的危险。油泵、风扇电机长期运行，也增加了主变冷却系统的耗电量，经济性较差。

其次，强油循环风冷方式冷却器全停启动跳闸回路如图1所示，正常运行时，2S把手打在“正常工作”位置，2S的1-2接点接通。当主变正常运行时，三侧开关在合位，三侧开关常闭接点DL1、DL2、DL3断开，1KA继电器不动作，1KA常闭接点接通。此时，无论工作电源选择在第I组或第II组，当冷却器交流I段、II段工作电源均失电，风冷全停时，KM1和KM2都不动作， 1KT和2KT延时继电器经整定的延时后动作。图2中虚线框内为主控室变压器非电量保护装置内部回路，1SJ、2SJ为时间继电器。按照规程要求图中2BT的温度设为75℃，1KT延时整定为20min，2KT延时整定为60min。

图1 冷却器全停启动跳闸回路图

根据对冷却器全停跳闸回路分析以及长期运行维护的经验，强油循环风冷二次回路主要存在以下问题：1）风冷控制回路所在的主变风冷控制箱处于户外，运行条件相对恶劣，导致控制箱存在进水、元件容易老化损坏等问题。2）回路中继电器长期运行在户外端子箱容易老化、损坏，可能引起跳闸回路无法接通。3）若时间继电器1KT、2KT时间整定错误或者整定存在的误差将导致风冷全停跳闸不能准确的实现。4）对于距离较远且无人值班的220kV变电站，当发生主变冷却器全停故障时，若该主变负荷较轻未达到75℃，而运行人员未能在60分钟内赶到现场处理，则会造成主变非计划停运。

因此，为了克服强油循环风冷系统存在的不足，决定将主变冷却方式改造为自然油循环风冷，并由PLC智能模块控制，实现自启动功能及远方控制功能，更好的根据变压器实际运行情况投入冷却器数量，使变压器更加安全可靠运行，还便于维护，减轻了运行维护人员的工作量。

图2 自然油循环冷却系统冷却器控制回路图

3.改造后自然油循环风冷控制回路分析

此次改造首先对变压器进行了油路改造，让油能够完全依靠温差产生的热浮力进行流动，减少油路阻力使冷油能够顺畅的通过个绕组之间，置换热能，避免了强油循环时油泵长期运行及磨损带来的不足。

由于变压器冷却方式改变，冷却系统二次控制回路大大简化，改造后的自然油循环风冷冷却器控制回路如图2所示，图中的Q1、Q2、Q3由智能控制模块PLC输出，该模块可根据变压器负荷大小、变压器油温及绕温高低进行最优化判断，自动投入或退出冷却器的运行，并且对主变风冷系统工作状态和故障状态实现本地和远距离在线实时监控。

由图2可以看出，由PLC智能模块控制的冷却器控制回路可以实现以下功能：

1）手动/自动控制方式选择：SA2、SA3、SA4、SA5打在工作位置时3-4接点接通，打在备用位置时1-2接点接通。手动控制：按钮2S、4S、3S、1S与继电器KA5实现远方及箱内的手动控制，此时，处于“工作”和“备用”的风机都要投运;自动控制： 3S（或1S）断开，KA5继电器不动作，投入运行的冷却器组别通过PLC智能模块输出的Q1、Q2接点控制，PLC智能控制模块将变压器油温、绕温、电流继电器信号（即负荷情况）作为开入量，由此可根据变压器油温、绕温高低和变压器负荷大小自动循环投入或退出冷却器。例如，在"自动控制"情况下，当55度油面温度、78度绕组温度接点信号或者电流继电器信号（即负荷情况）的其中任意一个信号到来后，处于“工作”状态的风机投入运行，当油面温度45度信号、55度信号，绕组温度68度、78度或者电流继电器信号消失后，处于“工作”状态的风机退出运行。

2）远距离/本地控制方式选择。远距离控制方式：调度中心可手动或自动投入投入或退出冷却器的运行;本地控制方式：可手动或自动投入或退出冷却器运行的数量。

3）PLC控制模块故障时强制投入所有冷却器。当PLC模块故障时，图2

中Q3接点断开，KA6继电器不动作，系统通过KA6常闭接点强制投入全部冷却器，并发出报警信号到调度中心。

4）变压器投入电网时，能自动投入相应数量的冷却器;变压器退出电网时，能自动切除全部投入运行的冷却器。

5）运行中如某组冷却器故障，系统能自动切换运行。

由以上分析可以看出，改造后的自然油循环风冷回路避免了油泵及风扇的长期运行，降低了电能损耗，延长了电机、风扇等设备的使用寿命;改造后的冷却器控制系统回路简单，自动控制功能完善;系统能根据主变负荷情况进行冷却器的启动和停止控制，并可根据主变油温、绕温高低自动调节运行方式;当冷却器故障时，系统能够自动进行“工作”“备用”状态的切换，极大地减轻了运行维护人员的工作量，尤其对于无人值守的变电站，更是提高了变压器运行的稳定，避免了因冷却系统故障运行人员不能及时赶到而引起的主变非计划停运，为电网的安全可靠运行提供了保障。

4.结束语

220kV长沙变电站主变风冷由强油循环风冷改造为由PLC智能模块控制的自然油循环风冷方式后，已经运行一年多，整个系统工作正常，运行可靠，变压器温升符合相关要求。新的冷却系统具有自动控制功能完善、回路简单、使用寿命长、便于运行人员维护等优点。希望通过本文的分析介绍为其他变电站火电厂类似改造提供借鉴作用。

参考文献

[1]国家能源局.电力变压器运行规程.DL/T 572 2010.

[2]广东省电力调度中心.广东省电力系统继电保护反事故措施及释义[Z].北京：中国电力出版社，2007.

[3]谢志杨.紫洞站220kV主变冷却系统的改造[J].高压电器.2008.04.44.

[4]赵剑波，肖承仟，王予生，赵忠义.220kV主变风冷装置全停故障原因分析及其二次回路改造[J].高压电器，2011，47（5）：96-99.

[5]张毅，王强.水口水电厂主变冷却器控制系统改造[J].福建电力与电工.2006.06.26.