（中山ABB变压器有限公司）
摘要：变压器冷却系统一般是采用传统的继电器方式控制，但对于自动化程度相对较高及监控要求比较严格的发电厂，继电器控制冷却风机的方式由于电缆数量很多，不仅成本很高、故障的几率也相当的大。本文所描述的控制方式不仅可以减低成本、提高通讯的安全性，而且风机的运行也做出了优化，使冷却系统得到合理的利用，从而使提高了变压器安全性以及使用年限。
关键词：变压器；冷却系统控制
1.引言
在变压器的众多理论知识中，有一个“6度法则”，在80～140℃的温度范围内，油纸绝缘的老化率随温度变化的系数取为常数，温度每增加6K，老化率增加1倍。而变压器的寿命主要取决于绝缘的老化，按照负载导则，98℃时的绝缘材料老化率定为“1”，如果绝缘材料长期在104℃下工作时，绝缘材料老化率会变成“2”，寿命只有正常使用时的一半。因此降低变压器运行温度是延长变压器寿命的一种重要的方法，而冷却风机的使用是降低变压器运行温度的重要方法之一。
2.发电厂变压器冷却系统的硬件设计
变压器属于发电厂内的重要设备，其运行状况是需要通过后台SCADA系统实时监控的。由于系统信号比较多，变压器一般离监控设备比较远，如果冷却系统采用一般的继电器控制，用于传递信号的电缆数量会很大，除了会影响成本以外，还会增加由于电缆的损坏而出现故障的风险。因此，在设计的时候考虑使用200系列的PLC，通讯方式使用MODBUS总线通讯。由于传输距离较远，在控制箱内增加一个光电转换模块，使用多模光纤代替传统的电信号传输数据，因为传输距离过大不仅会使电信号衰减，影响信号的准确性，而且电缆大部分是敷设在室外的，如果采用电信号传输数据，需要增加RS485总线防雷器。由于光信号是不会被干扰的，使用光纤通讯不仅节省了这部分的成本，还令通讯的安全性大大提高。
为了保证系统的安全性，控制箱内宜采用两个PLC互为备用的方式控制冷却风机，当主PLC故障时，投入备用PLC，当两个PLC都故障时，为了保证变压器的正常运行，所有冷却风机一起启动。为了保证冷却系统的正常运行，后台SCADA系统需要实时监控风机的运行状态，需要把每台冷却风机的运行，故障，手动，自动，停止状态作为DI点，利用接触器的辅助触头，电动机启动器的报警触头以及转换开关的接点以无源接点的形式接入到PLC中。除此之外，我们还需要把变压器的油面温度计以及绕组温度计控制风机启停的信号、变压器过负荷启动风机信号接入到PLC中，以便实现冷却风机的自动控制。
如果冷却风机数量较少，所有风机可以一起投入运行，在这个情况下，油面温度计控制风机启动的微动开关接点一般设置为60℃，由于传统的绕组温度计是不能直接测量绕组温度值的，其原理是测量油温叠加铜油温差的方式反映绕组温度，所叠加的值是通过绕组测温的CT二次侧电流反映的，因此只要在负载的情况下，绕组温度一般都会比油面温度高，在设计时一般会把绕组温度计控制风机启动的接点设置为80℃。另外冷却风机是不允许频繁启停的，在设计时除了要考虑风机的启动以外，还必须考虑风机停止的控制。对于一般的油面、绕组温度计微动开关，温度计出厂时会设置一个回程差，保证接点的接通与断开之间通常有5℃以上的差值，从而避免了使用一个接点控制风机启停而造成风机频繁启停的情况。如果温度计接点没有回程差，就必须使用两组接点分别控制风机的启动和停止，否则当温度值停留在微动开关设定值附近时，有可能会造成风机频繁启停。如果风机数量比较多，考虑到风机的启动冲击电流是6~7倍的额定电流，数值比较大，设计时应考虑把冷却风机分成两组启动，一般来说，第一组启动风机的油面、绕组温度值分别为50℃，70℃，第二组启动风机的值分别为70℃，85℃。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆除此之外，考虑到风机的故障会对变压器的散热有一定的影响，因此在计算冷却风机数量时，每一组风机会多留一个作为备用，当有风机发生故障时，备用风机会投入运行，保证冷却系统的正常运行。
在冷却系统中，除了需要考虑油面、绕组温度值以外，我们还必须考虑变压器的负荷情况。对于一般的ONAN/ONAF（片散风冷）变压器来说，在没有特殊要求的情况下，我们通常把80%的负荷设计为是变压器的自冷容量，如果变压器超过80%负荷运行，所有风机就会同时投入运行。我们在设计中会使用变压器套管CT以及电流继电器，通过测量套管CT二次侧的电流，从而实现该项保护功能。考虑到散热时间的问题，在80%过负荷信号消失后，会让风机继续运行30min才停止。
由于后台SCADA系统只是实时监控，并不能直接保护变压器的正常运行，因此除了MODBUS上传的冷却系统信号以外，控制箱还将输出其他信号，其中冷却风机全停是一个相当重要的故障信号。当该信号发出时，表示所有风机均出现故障，这种情况下会导致变压器的温度无法保持在正常水平，从而影响变压器的正常运行，在设计时需把该信号经过延时处理之后接到变压器的跳闸回路当中。考虑到调节延时的时间，该信号需要从PLC经过中间继电器的隔离后输出。
在PLC的硬件选取时，由于考虑到输入输出点较多，CPU应该选择224或226系列。除此之外，还需要根据实际情况，计算IO点数，适当增加数字量扩展模块。由于变压器到现场以后，很可能会放置几个月，一年甚至更长时间才安装通电的，因此为了避免程序的丢失，我们需要额外增加电池卡。
3.发电厂变压器冷却系统的软件设计
变压器冷却系统中的PLC属于MODBUS通讯中的子站，编写程序时需要在库中调出MODBUS子站程序，设置好波特率，从站地址，保持寄存器区起始地址等参数。
在控制冷却风机方面，以两组风机为例，在冷却风机在自动的情况下，当油面、绕组温度计第一组控制风机接点闭合以后，第一组风机启动；当油面、绕组温度计第二组控制风机接点闭合以后，第二组风机启动。当过负荷启动接点闭合时，两组风机一起启动。由于在过负荷接点退出时，风机需要运行30min后退出运行，因此需要在程序中增加一个掉电保护定时器以实现该功能。
考虑到电机使用时间的平衡性，在程序编写时需要做一个风机运行时间比较的子程序，利用接触器的辅助接点作为风机运行的信号，当触点接通时开始计时，作为该风机运行的累计时间，把风机的工作时间进行比较，在风机处于自动的情况下，累计时间最久的风机设置为备用状态，只有当常用风机故障后才启动，以保证每台冷却风机的使用能达到平衡。
除了风机控制以外，PLC还必须输出风机全停的报警接点，此接点需要在所有风机故障接点全部闭合以后，经过一个通电延时的定时器再输出。
4.总结
变压器在发电厂内属于非常重要的设备，如果其发生故障，可能会影响生产从而造成巨大的经济损失，因此在变压器设计的时候，安全性是我们考虑的重点之一。而其中冷却系统属于变压器很重要的一个部分，一套有着合理监控方式和可靠信号输出的冷却系统不仅可以降低变压器发生故障的风险，而且可以提高变压器的使用年限。
使用上述的方式控制冷却风机，不仅可以用最少的电缆，完整监控整个冷却系统的运行状态，而且在冷却风机运行的过程中能实现各种用常规继电器控制无法实现或很难实现的功能，如冷却风机的常备用自动切换等，使冷却风机的运行得到最大的优化。因此，这种控制方式在发电厂甚至各行各业的变压器冷却系统中一定会得到越来越广泛的应用。
参考文献：
[1] 弋东方. 工业与民用供配电设计手册，中国电力出版社，2016.7
[2]谢毓城. 电力变压器手册，机械工业出版社，2003.1
论文作者:梁浩明
论文发表刊物:《河南电力》2018年24期
论文发表时间:2019/8/21
标签：风机论文; 变压器论文; 接点论文; 绕组论文; 系统论文; 信号论文; 温度计论文; 《河南电力》2018年24期论文;