摘要：电力变压器是发电厂及电力系统重要的组成设备，近几年，在大型变压器的运行中，已出现多起因冷却器全停事故使变压器跳闸或被迫减负荷的故障。本文概述了不同类型的冷却器系统运行原理、简述了冷却器全停保护回路及故障处理方法、并主要对其冷却器全停功能的中央信号及保护路闸回路进行分析，并结合实际工程现场情况进行分析，提出适宜的方案，给同仁一起探讨。
关键词：变压器；冷却器全停；信号；温度；跳闸；延时整定
一、电力变压器冷却系统概述
变压器在运行过程中，由于负载电流流经绕组或铁芯，必然引起绕组或铁芯温升，再加上环境温度的影响，尤其是在炎热夏季，也会导致变压器油的温度升高。这些热量必须及时散逸出去，以免过热而造成变压器绝缘损坏。对小容量变压器，外表面积与变压器容积之比相对较大，可以采用自冷方式，通过辐射和自然对流即可将热量散去。对大型变压器，变压器的损耗与其容积成比例，其容积和损耗将以铁心尺寸三次方增加，而外表面积只依尺寸的二次方增加。因此，大容量变压器铁芯和绕组应浸于绝缘油中，并辅以足够的冷却方式。
电力变压器常用的冷却方式一般分为三种：油浸自冷式、油浸风冷式、强迫油循环。简述原理如下：
1）油浸自冷式：顾名思义，冷却方式通过自身散热冷却，配电变压器和发电厂的低压变等常采用这种冷却方式。变压器铁芯和线圈首先把热量传给在其附近的油，使油的温度升高。温度高的油体积增加，比重减小，就向油箱的上部运动。冷油将自然运动补充到热油原来的位置，而热油沿箱壁或散热器管将热量放出，经箱壁或管壁被周围的空气带走，温度降低后又回到油箱下部参加循环。这样，因油温的差别，产生了油的自然循环流动，这样，周而复始不断循环。油浸自冷式的变压器依靠油箱壁（或散热器管壁）的辐射，和变压器周围空气的自然对流，把热量从油箱表面带走。这种变压器为了增加散热表面，通常加装冷却器（散热片），以促进油的对流。
2）油浸风冷式：在自冷式的基础上，于冷却器（散热片）上加装风扇，通过风冷来增大散热能力。吹风可使对流散热增加8.5倍。同一台变压器，用了吹风以后，容量可提高30%以上。
3）强迫油循环冷却方式：此方式就是为了达到所希望的冷却效果，而人为地在油路中加入了使油的流速加快的油泵，以加快油流速度，从而提高冷却散热效率。此方式下，冷却器（散热片）通常装于变压器油箱壁上或独立的支架上，流经冷却器（散热片）内的油采用风扇冷却。为了防止油泵的漏油和漏气，目前广泛采用潜油泵和潜油电动机。油流继电器的作用是：当潜油泵发生故障，油流停止时，发出信号至PLC或中央信号，风冷控制逻辑判定满足条件的情况下，投入备用冷却器组。
二、电力变压器冷却器全停的必要性和相关规定
在负荷和环境温度不变的情况下，电力变压器运行中一旦发生冷却器全停故障，绕温、油温均会急剧上升，将对变压器内部绝缘材料造成很大威胁，可能造成绝缘老化、击穿。如果处理不及时或者处理不当，甚至会造成变压器损坏乃至更大的电网事故。继电保护基本任务便是反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。
1、结合规程要求，现场 风冷回路应实现以下功能：
（1）冷却器全停故障时须立即发出信号到监控系统，但并不直接作用于跳闸；
（2）冷却器全停故障发生后若未返回的情况下，经一定延时（20min）后，若变压器顶层油温达到或高于指定温度（75℃），则动作于跳闸，切除变压器；
（3）冷却器全停故障发生后若未返回的情况下，若变压器顶层油温一直低于指定温度（75℃），则变压器运行1小时后动作于跳闸，切除变压器。
2、冷却器全停故障时的现象有以下方面，运行人员应加强监视：
（1）变压器油温上升速度比较快，变压器的温度曲线有明显的变化。
（2）监视变压器风扇运行的指示信号灯熄灭。
（3）部分故障还伴随有“动力电源消失”或“冷却器故障”等信号。
3、故障检查的方法：
（1）冷控箱内电源指示灯是否熄灭，判断动力电源是否消失或故障。
（2）冷控箱内各小开关的位置是否正常，判断热继电器是否动作。
（3）冷控箱内电缆头有无异常，检查动力电源是否缺相；若冷却装置仍运行在缺相的电源中，则应断开连接。
（4）立即检查冷却控制箱各负荷开关、接触器、熔断器、热继电器等工作状态是否正常，若有问题，立即处理。
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（5）立即检查冷却控制箱内另一工作电源电压是否正常；若正常，则迅速切换至该工作电源。
（6）厂用电配电室冷却器动力电源保险是否熔断，电缆头有无烧断现象。
（7）备用电源自动投入开关位置是否正常，判断备用电源是否切换成功。
4、冷却器全停发信及跳闸功能实现
（1）冷却器全停发信功能
对于现有综合自动化变电站或数字化变电站而言，一般冷却器全停信号由风冷系统控制PLC或中间继电器实现，当电源正常，冷却器组全部发生故障而无法运行时发出信号。但当风冷系统双路电源均断开时，风冷系统控制PLC或中间继电器没有工作电源，虽然实际上变压器风冷系统全停，但却没有相应的信号发出。因此，为使发信功能更符合现场实际情况，应将两路电源失电备用接点串联后，再与风冷系统控制PLC或中间继电器“风冷全停”告警接点并联，接入微机监控系统。
（2）冷却器全停跳闸功能
这种非电量保护装置须配置两对冷却器全停接点开入，对应不同时间出口。
1）一对接点用于不经油温高判据的延时跳闸方式：当冷却器全停接点闭合后，立即发信至监控系统，并经固定延时1小时，开出闭合接点送至发变组非电量保护柜。
2）一对接点用于经油温高判据延时跳闸方式：当冷却器全停接点闭合后，立即发信至监控系统。经固定延时20min，开出闭合接点与温度高接点串联后，开出闭合接点送至发变组非电量保护柜。
以上两种方式的开出闭合接点，可在就地控制箱并联，也可在保护柜内并联，然后作为非电量开入进非电量保护柜，此保护逻辑一般情况下可通过控制字或软压板投入或退出跳闸功能。
三、变压器冷却器全停保护延时整定的探讨
依据DL/T572-2010《电力变压器运行规程》中明确规定：6.3.1条：油浸（自然循环）风冷和干式风冷变压器，风扇停止工作时，允许的负载和运行时间，应按制造厂的规定。油浸风冷变压器当冷却系统部分故障停风扇后，顶层油温不超过65℃，允许带额定负载允许。6.3.2条：强油循环风冷和强油循环水冷变压器，在运行中，当冷却系统故障切除全部冷却器时，变压器在带额定负载下允许运行时间不小于20min。当油面温度尚未达到75℃时，允许上升到75℃，但冷却器全停的最长运行时间不得超过1h。
一般情况整定：油浸风冷和干式风冷变压器的冷却器全停可设为报警，同时冷却器全停时立即向集控室发出报警信号，必要跳闸时可参考变压器允许的负载和运行时间整定跳闸时间；强油循环风冷和强油循环水冷变压器时间继电器一般设在冷却器就地控制箱内，时间分别设置20min和60min两个延时，其中20min延时闭合接点与75℃油温接点串联后，与60min延时闭合接点并联，送至发变组保护非电量柜。
探讨方案：考虑就地控制箱至发变组非电量柜回路电缆绝缘降低，有可能导致冷却器全停保护误动作。故提出来：将冷却器全停“就地延时”改为“就地延时和保护延时之和”的方案，也就是说，设置就地时间继电器时间t1=10min和t2=50min，设置保护柜瞬时报警信号t11=0.1s，设置保护柜跳闸延时出口t12=10min。以上设置，未改变全停的总时间，只是将时间分开。如果电缆发生绝缘降低或就地继电器误出口时，保护柜经t11发出故障报警，提醒运行人员就地检查冷却器运行情况，如果冷却器运行正常，应尽快退出冷却器全停保护跳闸的软压板，防止误动作；如果就地检查冷却器确实故障，及时采取相应措施，故障不能排除，可申请停机或经t12后保护跳闸。通过以上的修改，既能满足冷却器全停延时的要求，又能成功避免因回路电缆绝缘及继电器误出口而造成的误动作，还能提醒运行人员及时检查。希望广大同仁提出不妥之处。
四、其他注意事项及结论
有效的运行管理和维护工作是保证变压器安全运行重要条件，为避免冷却系统故障影响变压器的运行，应对电源和冷却器的运行方式进行定期切换实验，每季至少进行一次，并做好油泵连续运行时间的记录。每年的检修或利用变压器停电机会，对冷却系统进行全面检查和试验，对时间继电器进行校验，冲洗冷却器，提高冷却器的散热效果。
巡视时应注意对变压器冷却系统的检查，发现问题及时解决，风冷控制箱门应关好，严防进水和小动物造成短路，对控制箱内裸母线应加装绝缘护套，可以有效的降低发生短路的机率。
大型变压器是变电运行中的核心部分，而风冷系统的可靠性直接影响到变压器的安全运行，加强风冷系统对维护对保障变压器安全运行有着重要的意义。鉴于上述分析可知，变压器作为发电厂的主要运行设备，但冷却器全停保护装置功能并未完全统一，回路设计也存在多样化的可能性。因此，现场人员要认真思考，集思广益，根据各自实际情况，研究出适合自身的方案，确保变压器冷却器的可靠运行。
参考文献：
[1]《基层建设》2015年19期
[2]DL/T572-2010《电力变压器运行规程》 国家能源局发布
论文作者:秦向辉,张鹏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第33期
论文发表时间:2019/5/16
标签：冷却器论文; 变压器论文; 接点论文; 故障论文; 电源论文; 信号论文; 控制箱论文; 《电力设备》2018年第33期论文;