摘要：目前国内大型变压器冷却控制系统机械触点多、自动化程度低、电路结构复杂，模块集成度低，模拟量采集环节多、数量有限，无法对冷却系统各设备运行工况进行全面监视和可靠保护，故障时无法快速有效的隔离和排除故障；同时对冷却系统主回路供电母线发生故障造成冷却系统全停，接触器触点接触不良、供电线圈供电不稳引起接触器发热烧毁等严重故障缺乏有效的监测和解决手段。随着无人值守和智能化变电站的推进实施，运维人员远离变电站，但冷却系统缺乏实时监控、故障预测、远方控制等功能，由冷却器故障引起的变压器非停次数进一步增加，直接威胁电网安全。变压器智能冷却控制系统的研究对电网的安全运行有重要的意义。
关键词：全景监视；可靠保护；智能投切；智能预警
1 引言
微机型变压器智能冷却控制系统可全面采集冷却系统运行信息，实现进线电源及冷却系统运行工况的实时监测和预警，并根据冷却器运行状态、当前运行时间、累计运行时间，综合制定相关自动投切策略，自动调整各组冷却器工作状态，无需人工干预。系统将自动化控制与保护功能进行了集成和融合，将一次运行回路和二次控制回路相隔离，以微机保护设计理念对变压器风冷设备进行管理与保护，实现了 “测、保、管、控”一体化。
研究系统使用接触器操作的风险隐患，对冷却系统回路中的就地化操作器件--空开进行远程操作化改造，取消接触器，使用带电动操作机构的空气开关替代接触器来控制设备投退，运维人员能够在远方操控空开，在进线两路电源或冷却器支路空开误跳时，能够在远程进行故障诊断和重合操作，快速恢复系统运行，解决人员不能及时到现场的问题。
2 冷却系统二次回路微机化及控制自动化研究
2.1二次回路微机化实现全景化数据采集
经调查，现阶段继电器型、PLC型变压器冷却控制系统仅能进行少量节点信息采集，不能真实反映冷却系统运行工况的详细电气量信息，特别是它不能发现系统刚刚开始运行异常的情况，无法对设备运行工况实时在线监视、评估和预警，直至长期的异常运行发展为故障时才上发告警信号至调度，此时，事故已经扩大。因此运维人员迫切希望能看到全站更确切的设备运行状态信息，获得冷却控制系统内更多的参数和信号量。
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图 1 信号分类图
经过研究分析，冷却系统测量信息包括68路交流电气量、4路直流量、20路开入，20路开出，按照类别来看如下图所示：
对如此数目庞大、类型众多的信号量，为了准确高效采样到实时数据，系统以继电保护设计理念为基础，在硬件按照“功能独立，硬件分离的原则”，按变压器冷却系统功能，设计了变压器信息处理模块、冷却器智能控制模块、电源智能控制采样模块、控制柜信息处理模块等若干个功能模块。多个模块并行工作，分布式采集数据，然后将数据汇聚到中央管理模块统一进行分析处理、存储和传送。各个功能模块具有各自的处理器单元和采样电路，独立运行、互不影响。若单个模块发生故障，不会影响其它模块的正常运行，整体系统功能不受影响。研究设计系统可扩展至14个功能模块，最多可以采样75路模拟量、45路开关量，可满足最大化8组冷却器的变压器冷却系统应用需求。
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图 2 系统硬件内部结构图
如图2所示，系统各功能模块独立采样所接入设备信号后，独立处理，电源智能控制模块和冷却器智能控制模块还具有独立的跳闸出口，任一功能模块采样电路、控制出口电路即使发生故障，也不会影响其他模块的功能。
为了不对冷却系统运行主回路发生干扰，采用穿心式电流互感器进行系统关键电流量的采集，将一次运行回路和二次控制回路彻底隔离，强电信号经互感器转换成弱电信号，再经过A/D转换成计算机可识别处理的电子数据,实现冷却系统所有环节数字化。如图3，系统在原有回路中增加了CT1，CT2, … CT3, CT11，CT12, CT62等穿心式互感器来实现电气量的采集，通过全面采集风冷系统的电量、非电量信号实现了风冷系统信息的全部数字化，并将采集和分析后的数据远传给监控系统，同时，系统将所有功能进行集成和融合，实现“测、保、管、控”一体化。
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图 3 微机型变压器智能冷却控制系统图
通过二次回路微机化的研究，实现了整个冷却系统的全景化在线检测，能够对整个冷却系统运行工况进行全面感知，各系统回路、设备运行状况一目了然，运维人员能够很方便快捷操控系统设备的运行。
冷却系统控制自动化
微机型变压器智能冷却控制系统全景化采集系统各设备运行数据后，对采集数据进行分析处理，智能调节控制冷却系统的运行，解决了原冷却系统无法自动运行需要人工调节，故障排查困难的问题。通过研究变压器冷却器运行规律，结合变压器运行规程和智能控制理论，建立了冷却器自动化控制数学模型。
1）系统上电自检后进入主程序处理,采集数据,对数据进行分析, 进行冷却器综合投切。系统根据冷却器运行状态数据进行设备状态监测，判断是否存在设备故障, 若发生冷却设备故障系统能自动应对处理控制系统常见的故障，进行综合投切处理，防止系统故障区域扩大，避免连锁性的事故发展。系统在综合投切动作后对投切结果进行校验，对投切失败的设备详细分析失败原因，如电源故障，设备自身故障，控制设备故障等，进行故障设备标记，事件推送，然后再进行备用设备投切，保证系统安全可靠运行。
2）系统根据变压器油温、绕温、负荷电流、油温节点等变压器状态数据综合调节冷却器组的运行。系统根据多样因素条件综合判断是投切冷却器，不会因单一条件变化而引起投切动作，避免了因设备状态微小变化或单一条件状态变化而引起系统频繁振荡。
3）系统通过全面采集冷却系统各设备的运行状态信息，实时监测冷却系统进线电源及冷却器运行工况，记录冷却器运行状态、当前运行时间、累计运行时间等数据并进行多维边界条件综合制定冷却器自动投切策略。同时系统融合变压器冷却系统规程等人工智能程序，最优化配置当前运行冷却器组数，自动均衡当前冷却器运行组，使冷却系统的各冷却器运行组合合理、安全、经济。
综上所述，微机型变压器智能冷却控制系统具有强大的信号采集能力和综合处理能力，全景化采集系统数据，进行数据纵向对比（历史数据）、横向对比（多组冷却器），综合分析，判断处理，自动调整各组冷却器工作状态，解决了冷却控制系统人工维护困难，故障排查复杂的难题, 实现了变压器冷却系统控制自动化。
4 结论
微机型变压器智能冷却控制系统智控变压器冷却器的运行、并将运行能调状况远程送到变电站调度监控室，可以大大减少就地运行人员对变压器风冷系统的维护工作，人员每天需要现场巡视可以变为一周或一月的巡视，在如今人力成本日益增加的社会，大大节约了人力、物力开支。
微机型变压器智能冷却控制系统对于减少变压器冷却系统风冷全停故障概率，有效调节变压器运行油温，提高整个变压器运行系统的可靠性，帮助运维人员迅速判断风冷故障原因并排除故障或者消除故障隐患，从而极大地提高电网安全运行水平。
论文作者:楚修楠1,俞璐2
论文发表刊物:《电力设备》2019年第24期
论文发表时间:2020/4/30