（1.神华宁夏国华宁东发电有限公司 银川 750408；2.华北电力科学研究院有限责任公司 北京 100045）
摘要：变压器是电力系统的重要组成部分，为了提高变压器的安全运行性能，必须装设良好且可靠的冷却系统。变压器风冷控制回路中，辅助冷却器由发变组保护装置或是油温表的接点来控制投停，目的是当变压器工作在较大负荷或是油温较高的工况时，启动辅助冷却器加强通风散热，避免变压器持续温度升高而影响使用寿命，当负荷或是油温降低时，停止辅助冷却器，使其退出运行。本文针对主变压器辅助冷却器投入后不能正常停运的问题，探讨了“如何消除长距离电缆分布电容影响”的课题。
关键词：变压器冷却方式；风冷控制回路；辅助冷却器；长距离电缆分布电容
The solution of the transformer auxiliary
cooler failed to stop
Hou Jiang，Liu kai，Lu Jing
(1.Ningxia Guohua Ningdong Power Generation Co., LTD.,750408 yinchuan；
2. North China Electric Power Research Institute Co.,LTD Beijing 100045, China)
Abstract: The outset or take-off of the auxiliary cooler is always controlled by the contacts of the devices or oil temperation meter in the transformer cooling syetem . The auxiliary cooler is designed to run with an increased burden and to stop with a reduced burden to prolong the life of the transformer. The issue of how to eliminate the influence of the distributed capacitance in long-distanced cable is explored in the paper about the solution of the auxiliary cooler failed to stop.
Keywords: cooling system, auxiliary cooler, the influence of the distributed capacitance in long-distanced cable
0 引言
宁夏国华宁东发电有限公司#1主变型号为SFP10-400000/330，由天威保变电气股份有限公司生产。主变冷却系统为强油导向风冷（ODAF），采用XKWFP-32型控制箱，由保定市天威卓闯电工设备科技有限公司生产。冷却器采用两独立交流380V三相四线制电源回路供电，双路电源互为备用。
1 电力变压器冷却器的冷却方式
变压器是电力系统的重要组成部分，是输送和供应电能的关键设备，它在电力系统中承担了升高电压和降低电压，进行电力的经济输送和分配电能的作用。所以变压器是电力系统中最重要的电气设备之一，为了最大限度的保证变压器的安全可靠运行，继电保护做了很多措施和保护装置，如：差动保护、瓦斯保护、接地保护、匝间保护、温度保护等。本文只是结合实际现场情况对变压器冷却器温度保护在运行中出现的问题做出分析。
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、强迫油循环式。油浸自冷式就是以油的自然对流作用将热量带到邮箱壁或者散热管，然后依靠空气的对流传导将热量散发，没有特制的冷却设备一般用于31500kVA及以下、35kV及以下的产品；50000kVA及以下、110kV产品。油浸风冷式是在油浸自冷的基础上，在邮箱壁或散热管上加装风扇，利用风扇帮助降温冷却，一般来说加装风冷后可以使变压器容量增加30%-50%，多用于12500kVA～63000kVA、35kV～110kV产品；75000kVA以下、110kV产品；40000kVA及以下、220kV产品。强迫油循环式，又分为强油风冷和强水风冷两种。它是把变压器中的油，利用油泵打入油冷却器后又复回邮箱。油冷却器做成容易散热的特殊形状，利用风扇吹风活循环水做冷却介质，把热量带走。这种方式若把油的循环速度比自然对流时提高3倍，则变压器可增加容量30%，适用于75000kVA及以上、110kV产品；120000kVA及以上、220kV产品；330kV级及500kV级产品。
2 电力变压器冷却器的工作原理
变压器正常运行时，主变风冷控制箱内各组冷却器的空气开关均应合上，双路切换电源I、II空气开关合上，主变高压侧断路器应合上。本厂变压器冷却器共4组，投入2组冷却器运行，1组备用，1组辅助。如环境温度过高，可以投入3组运行、一组备用或者全部投入运行，各组冷却器运行方式每间隔一个月轮换一次。当运行中的变压器顶层油温升高到规定值或变压器负荷达到发变组保护柜启动风冷设定值时，油温表或保护接点启动“辅助”状态的变压器冷却器组投入运行，以降低变压器温度。同时向中央控制室发出信号，控制箱内指示灯HLGN10亮。当变压器顶层油温降低到规定值或变压器负荷降低到发变组保护柜停止风冷设定值时，相应接点打开，“辅助”状态的变压器冷却器组自动退出运行。当“工作”状态或“辅助”状态的冷却器运行中出现故障跳闸，达到辅助冷却器启动条件，辅助冷却器启动未启动或启动后油流异常时，“备用”冷却器投入运行，同时向中央控制室发出信号，控制箱内指示灯HLGN9亮。
3 电力变压器冷却器风扇运行中发现的问题
从2011年初投产后历史运行情况分析，有以下问题待解决：
3.1 变压器正常运行时，当发变组保护柜中启通风保护采集到的主变高压侧电流达到发变组保护主变风冷启动电流0.32A（一次电流400A），由保护启动将主变辅助冷却器投入；当电流低于发变组保护主变风冷停止电流0.256A（一次电流320A），保护接点打开，辅助冷却器应能停止运行。实际情况是辅助冷却器仍继续运行，不自动停止；
3.2 变压器正常运行时，当主变油温达到起辅助风扇油温设定值时，主变辅助冷却器由油温表接点投入，当温度低于停辅助风扇油温设定值时，油温表接点打开，辅助冷却器应停止运行。实际情况是辅助冷却器仍继续运行，不自动停止（变压器电流小于0.256A）。即辅助冷却器只能根据接点情况自动投入运行，但是当相关接点打开后，辅助冷却器不能停止运行。
3.3 变压器冬季低负荷运行时，三组冷却风扇同时投入，导致变压器上层油温过低，甚至变压器上层油温低于10℃运行，给变压器的运行带来极大风险。
第一第二两种情况发生时，运行人员不能通过DCS监视到辅助冷却器的正常投运与退出，即当变压器低负荷运行时，辅助冷却器不投运，运行人员可以监视辅助冷却器在停运状态；当变压器负荷增大，达到辅助冷却器启动条件后，辅助冷却器启动，运行人员监视辅助冷却器在运行状态；当变压器负荷降低，辅助冷却器应该停止运行，运行人员应该监视到辅助冷却器停止运行，但是由于启动辅助冷却器的继电器不能返回，运行人员监视到冷却器仍然在运行状态，对运行人员掌控设备实际运行状态十分不利。
针对以上所说的这3种现象，电气二次专业人员先检查电缆屏蔽接地，其接地良好且符合相关规程规定。其次又检查油面温度表温度接点，其节点容量、绝缘符合设计要求，动断动合正确。最后检查发变组保护柜启动主变风冷接点，其节点容量、绝缘符合设计要求，动断动合正确。通过上述排查，我们排除了以上因素对设备的影响。
考虑到主变冷却器控制箱到发变组保护柜距离470米左右，会不会是分布电容的影响呢？
我们首先了解一下分布电容的概念，分布电容：就是由两个存在压差而又相互绝缘的导体所构成。所以在任何电路中，任何两个存在压差的绝缘导体之间都会形成分布电容，只是大小问题。
当然导线和大地，导线与导线之间也存在分布电容。现在我们来就本厂的实际情况具体分析：本厂的导线的分布电容是指在交流电路中绝缘隔离并行的导线与导线之间形成的一种电容形态的分布参数C分 （图1）。当保护接点闭合时，C分基本处于短路，不起作用；当保护接点断开时，它就如同在继电器输入回路中并接一个电容，其电容量与导线的长度、材质、截面积、绝缘材料的材质与绝缘体厚度等因素有关。在交流电路中，电流的方向是随时间成一定的函数关系变化的，电容器充放电的过程也随时间变化，在电容器极板间形成变化的电场，这个电场也随时间不断地变化。即电流是通过场的形式在电容器间通过的，所以电容器在电路中能起到隔直通交的作用。而当通过电容器的电流足以使继电器线圈励磁，就会造成辅助冷却器不能随保护接点打开而停运的现象。
判断辅助冷却器不能停运的原因为：470米长距离电缆分布电容的存在使得辅助冷却器启动继电器线圈上的电压不能随发变组保护和就地温度表相关接点返回而消失。在主变压器受电后，当发变组保护启动主变风冷接点或温度高接点第一次开入启动辅助冷却器运行后，出现电流低于发变组保护主变风冷停止电流的情况下，辅助冷却器不能自动退出，保持一直在转动状态，不但极大地浪费了电能，更为严重的是： 380V交流电直接引入发变组保护装置内部，易损坏接点，引发交直流混用，造成不可估计的后果，严重威胁机组的安全稳定运行。
《电力变压器运行规程》第4.4.1条规定强油循环冷却变压器运行时，必须投入冷却器。空载和轻载时不应投入过多的冷却器(空载状态下允许短时不投)。辅助冷却器不能停运会造成强油循环风冷变压器在冬季运行时上层油温过低这一实际问题。油温过低时，因油的粘滞性增大，油流阻力增大，油泵在冷油中运行时消耗的功率比在热油中运行时更大，极端时可能导致油泵不能正常运行。另外，油温过低时，油流静电电荷的产生和积累比油温高时更严重，高电压大型变压器的油流静电现象已在国内外造成一些变压器损坏事故，因此要采取措施解决辅助冷却器不能停运的问题，避免变压器运行油温过低。
4 解决方案
为提高机组的安全稳定性，消除长距离电缆分布电容的影响，实现辅助冷却器在高、低电流和高、低温度下的自动投退功能，达到节能降排的目的，在对#1主变冷却器控制回路进行认真研究之后，拟定以下三种回路整改办法：
4.1 在辅助冷却器启动继电器两侧并联电阻R1（见图2），这种方法可以改变原有的电路参数，使继电器KT3两端的电压发生变化，从而是流过继电器线圈的电流减小到返回电流以下达到顺利返回的目的：当启动接点返回时，由电阻将剩余电容电压吸收，继电器失磁，辅助冷却器停止运行。该办法的特点是：当启动接点闭合时，电阻长期带电，电阻发热大，务必选用较大匹配电阻以降低发热量，保证电阻发热小于自然散热。
在辅助冷却器启动继电器两侧并联电容（同图2）。这种方法也可达到继电器顺利返回的目的，但是存在隐患，因为并联电容C和线圈回路中的电感L有可能发生并联谐振。如忽略继电器电阻，那么L和C发生并联谐振时有XC=XL, 因此只要选择的电容值远离线圈回路中的电感L值就可避免谐振的发生。
4.2 在辅助冷却器回路启动接点两侧并联电阻R2（见图3），当启动接点返回时，由并联电阻分担继电器线圈电压，使其达不到动作电压，使辅助冷却器停止运行。该办法的特点是：当启动接点未动作时，此电阻长期带电，为降低电阻发热，务必选用较大匹配电阻以降低发热量，保证电阻发热小于自然散热。
4.3 将电流和温度启动回路改为直流控制。增加一个中间继电器KM（型号JZY2-44）（见图4），用发变组主变风冷保护接点和油温控制回路接点直接启动直流回路控制的中间继电器KM，由中间继电器KM的接点来启停辅助冷却器的继电器，以消除电缆电容的影响，达到合理控制辅助冷却器起、停的目的。此种改造方法，彻底消除了电缆电容的影响，并可实现交、直流电的物理隔离，杜绝将380V交流电引入发变组保护装置，消除发变组保护装置的交、直流互混的风险。
4.4 更换返回值高的继电器。由于导线的分布电容影响使KT3继电器在电流和温度接点打开后不能可靠返回。如更换为一个返回值高的继电器，可以很好的解决该问题。
5 结束语
以上针对保定市天威卓闯电工设备科技有限公司生产的XKWFP-32型冷却器控制箱内辅助冷却器不能根据电流、温度接点进行自动投停控制的问题进行了分析，其改造原理简单且经济适用，尤其是彻底解决了线路分布电容的影响。在对四种方案进行综合评比方案方案4虽然简单可靠，但是不能消除交、直流互混的风险。因此确定方案3为最佳选择，并且已按照该方案对#1主变冷却器控制回路进行了改造。
此次#1主变冷却器控制回路改造，有效的解决了辅助风扇不能停运的问题，改善了变压器的运行工况，尤其是消除了强油循环风冷变压器因辅助冷却器不能停运造成在冬季运行时因上层油温过低带来的设备风险。并且使得于运行人员能够正确监视冷却器的相关运行状态，对运行人员监视设备运行提供了很大的帮助。
在控制回路改造的过程中，控制箱内设备多、空间小，都给改造工作带来了一些实际困难，希望各生产厂家设计时要面向用户，通过本文提到的问题及改造方法作为参考，以设计更合理、完善的控制回路，以达到符合设备现场运行需要的要求；另外尽量使用单纯交流或直流进行回路设计，以降低交、直流混用的风险。
参考文献
[1]杜建华王长水.控制电缆分布电容对控制回路的影响分析及处理[J].自动化技术与应用，2010，9.
[2]张新闻.长距离电缆内导线间分布电容的影响及处理[J].湖南电力，1999，6.
[3]贺家李，宋从矩.电力系统继电保护原理[M].北京：中国电力出版社，2004.
[4]张林.超长控制电缆线间分布电容电流引起的故障及解决办法[J].起重运输机械，2008，7.
[5]周一鸣.电缆分布电容与继电器误动作[J].化工设计，2011，21.
[6]TICW/06-2009.国家电线电缆质量监督检验中心技术规范.计算机与仪表电缆（S）.
[7]DLT572-2010.电力变压器运行规程.中华人民共和国电力行业标准，2010.
[8]郑玉东.通信电缆（M）.北京：机械工业出版社，1982.
作者简介
侯江（1981-），男，助理工程师，从事发电厂继电保护管理工作。
刘凯（1985-），男，助理工程师，从事发电厂及线路继电保护调试工作。
芦静（1985-），女，助理工程师，从事发电厂继电保护设备维护工作。
论文作者:侯江1,刘凯2,芦静3,米建宾4
论文发表刊物:《电力设备》2017年第4期
论文发表时间:2017/5/15
标签：冷却器论文; 变压器论文; 接点论文; 电容论文; 回路论文; 继电器论文; 电流论文; 《电力设备》2017年第4期论文;