变压器冷却装置控制方式的改进

变压器冷却装置控制方式的改进

目前不管是安装在发电厂还是运行在变电站的大型电力风冷变压器，其运行中所带负荷随时都在发生变化，尤其是发电厂的升压变压器在调峰运行时，每日所带负荷在50%～100%之间多次变化，这将使变压器的损耗也随之发生变化，从而造成变压器油温的变化；另外，不管是一年四季环境气温的变化，还是每天昼夜气温的变化，也都造成了变压器油温的变化。变压器油温的频繁和大幅度变化，将对变压器的安全、经济运行和使用寿命产生较大的影响。

1变压器运行中温度变化原因分析

引起变压器运行中整体温度变化的原因主要有变压器的损耗和环境气温的影响。变压器损耗包括变压器的空载损耗和负载损耗，其空载损耗在变压器投运后就一直存在，负载损耗则随变压器所带负荷的大小而改变，变压器负载越大，则损耗越多，变压器的温升就越高；负载变化越大，变压器的温度变化就越大。

另外从全国电力负荷市场全年运行变化的实际情况来看，天气越冷或越热，用电负荷增长就越快，变压器的温升就越高；即使在同一天，由于昼夜温度的变化和负荷峰谷差的变化叠加，更是造成变压器温度大幅度变化的一个主要因素。由于以上各种因素的影响，造成变压器温度在不断变化，从而影响到变压器的长期安全运行和使用寿命。

2大型变压器现行的冷却装置配置和运行特点

目前我国大型电力变压器的冷却装置配置情况是：根据变压器容量的大小，配置数组风冷油循环冷却装置，每组风冷油循环冷却装置由1台油泵和3～4台风扇组成。运行中为满足变压器的各种运行工况，一般要求冷却器1台备用(运行冷却器故障时可自动投入运行)、1台辅助(变压器负荷电流大于70%Ie或上层油温高于某一定值时自动投入运行)、其余所有冷却器全部投入运行。此配置有其不尽人意的地方。如我公司SFP7-240000/330型主变压器装设有6台冷却容量250kW的风扇冷却器，在夏季高温季节，机组满负荷运行，变压器冷却装置全部投入，但其上层油温仍高达70℃左右(有时变压器油枕油位因气温变化而高出指示范围)。但在夜间尤其是在暴雨过后的夜间，因负荷和气温骤降，虽然已将变压器辅助冷却器停运，但变压器油温仍降至30℃以下，也就是油温的变化幅度超过了环境温度的变化。在冬季负荷较低或特别寒冷的季节，变压器因油温过低，不得不对其进行加油，这对变压器的安全运行和寿命将是十分不利的。即使日常负荷变化和气温变化没有如此之大，但变压器的温度变化是实际存在的。以上情况都反映出现行配置的变压器冷却装置存在着设计和使用上的缺陷。

另外，运行在“辅助”和“备用”位置的冷却装置投入和退出运行，将造成变压器内的油流量发生变化，同时也将造成变压器内温度的局部差异，这时对变压器的正常运行也有一定的影响。

3利用变频技术，改善变压器的实际运行状况

随着变频技术的成熟和在实际生产中的成功应用，改变变压器冷却装置的运行控制方式为变频方式也是一件较为简单的事情。利用变频技术，控制和调整大型电力变压器冷却装置的输出功率尽可能与变压器的总损耗相等，同时结合变压器油温和环境气温的反馈调节，从而将变压器上层油温控制在一个较小的给定范围，这对变压器的安全、经济运行和延长其使用寿命具有重要的意义。

具体的改动设想如下：

(1)各组冷却装置中油泵的原控制方式保持不变，即保持变压器内原设计油流特性不变，这样不论变压器的油温变化有多大，但其各部的油温仍是一样的，不会产生温度差。

(2)变压器各组冷却装置中风扇的控制方式改为变频控制，即用变动的风量来调整冷却装置的输出功率，使其达到与变压器的总损耗相一致，实现变压器的发热与冷却装置散热相平衡，以维持变压器上层油温的恒定。

而要改风扇为变频控制，就要为其提供以下3个方面的数据作为控制信号：

①按照变压器负荷变化控制风扇转速。变压器运行后随着负荷从小到大不断变化，变压器总的损耗也在按一定比例增大，根据这一特点结合风扇转速变化时风量也同时变化的规律，用变压器的负荷电流作为风扇变频调速的主要信号源。

②在变压器原上层油温测点附近增加一套电阻式温度测量系统，将其温度变化信号提供给变频控制装置，设定的基准温度为原温度范围(45～55℃)的平均值，而变压器原有的远方温度监视系统不变。

③在变压器本体上方增装一套用于反映环境温度变化的电阻式温度测量系统，并将其温度变化信号提供给变频控制装置。

(3)将变压器原用于启动“辅助”冷却器的电流继电器改为电流变送器，其输出信号作为调节变频器输出的信号源。

(4)将变压器常规风冷控制回路的辅助、备用控制接线，改为由可编程序控制器(PLC)加变频器(VVVF)对运行中的油泵进行控制和对风扇通风量进行调节，以达到调节冷却功率的目的。

上述控制部分改动的具体实施如图1所示。

图1变压器冷却装置变频控制示意

4VVVF输出特性的选择

(1)与风机单台功率相匹配的风机用VVVF若干台，其输出频率可从5～60Hz平滑调节。

(2)用PLC作为冷却装置的控制部分，输入端接各油泵、风扇的开关副接点、反映各风扇运行状态的变频器工况信号、变压器上层油温信号、变压器环境温度信号、变压器负荷电流信号、电源电压测量信号等。输出端接控制各油泵及风扇开关的输出设备、变频器输出调节信号等。PLC应由两套组成，每套按控制全部冷却装置进行配置，正常时控制变压器风冷装置50%的风扇运行，各冷却装置经过开关可切换至任一PLC运行，两套PLC均能反映变压器风冷装置的运行状态，并通过信号反馈至值班控制室。

(3)根据变压器和冷却装置的运行状况，由PLC及时对变频器的输出频率进行调整。

①根据风机型变频器输出特点，按照变压器总损耗P总=240+(I2/Ie2)×780随变压器电流变化确定变频器输出基准频率，下限频率设定为冷却装置输出功率为变压器空载损耗240kW时的频率。

②根据变压器上层油温的变化与基准温度进行比较，当上层油温偏离基准温度时对变频器输出频率进行微调，每高1℃向上调节1Hz，每低5℃向下调节1Hz。

③根据本地区气温的变化情况，将年平均温度和环境温度进行比较，对变频器输出频率进行辅助调节，设定环境温度等于年平均温度时，不对变频器输出频率进行调节，当环境温度偏离年平均温度时，每高5℃向上调节1Hz，每低5℃向下调节1Hz。

④运行中某台油泵或风扇发生故障停运时，PLC调升其余变频器输出频率，以保持整个冷却器功率不变，直至故障风扇恢复正常运行。

⑤装置投运后应经实际测试最终确定PLC和VVVF的控制特性曲线。

通过对变压器冷却装置实施变频改造后，变压器在运行中油泵能始终保持油流量和方式恒定不变，使之处于最佳的设计状态；而用改变冷却器通风量的方法使变压器在负荷变化、气温变化乃至季节变化时，上层油温保持在一个基本恒定的温度，从而改善变压器的运行工况，有利于延长变压器的使用寿命，同时可减少不必要的电能消耗。