（國網(wǎng)孝感供電公司，湖北 孝感 432000）

冷卻器風(fēng)扇電機(jī)變頻控制方案改造探究

朱道敏

（國網(wǎng)孝感供電公司，湖北 孝感 432000）

本文依據(jù)強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)工作原理，結(jié)合變電檢修中心轄下10座變電站2011年主變冷卻器缺陷故障統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，提出一種基于變頻控制調(diào)節(jié)冷卻器風(fēng)扇電機(jī)出力的強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)改造方案，在不影響主變散熱效果的基礎(chǔ)上降低冷卻器風(fēng)扇電機(jī)缺陷發(fā)生的幾率，減少檢修工作量以及維護(hù)費(fèi)用。

冷卻器；強(qiáng)迫油循環(huán)；電機(jī)；變頻控制；油溫判據(jù)

引言

變壓器是變電站運(yùn)行中的核心部分，而冷卻系統(tǒng)的可靠性直接影響到變壓器的安全運(yùn)行。在電力變壓器的強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻系統(tǒng)中，冷卻系統(tǒng)主要由潛油泵﹑風(fēng)扇電機(jī)﹑油流繼電器﹑分控箱﹑主控制箱﹑信號(hào)系統(tǒng)等部分組成。運(yùn)行中的變壓器按照負(fù)荷和溫度情況自動(dòng)投入或切除相應(yīng)數(shù)量的冷卻器。近一年工作票統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示冷卻系統(tǒng)最易損壞的是風(fēng)扇電機(jī)，輕則軸承磨損發(fā)出異響，重則燒毀不能投運(yùn)。

1 強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷系統(tǒng)

對(duì)于應(yīng)用強(qiáng)迫油循環(huán)的變壓器從本體設(shè)計(jì)容量和散熱器容量配置一定數(shù)量的冷卻器組，同時(shí)配置備用冷卻器以便切除故障冷卻器能自動(dòng)投運(yùn)。冷卻器可用控制開關(guān)位置來選擇工作﹑輔助和備用狀態(tài)。

1.1 冷卻器投退存在問題

變電檢修心中轄下孝感主網(wǎng)變壓器根據(jù)容量的不同，大多裝設(shè)8-10臺(tái)風(fēng)扇吹風(fēng)加速變壓器油的冷卻，每2臺(tái)風(fēng)扇分為一組。風(fēng)扇由軸流式單級(jí)葉輪與三相異步電動(dòng)機(jī)兩部分構(gòu)。當(dāng)主變負(fù)荷和油溫在某一范圍內(nèi)波動(dòng)時(shí)，測量主變負(fù)荷的電流繼電器或測量變壓器油溫的溫度繼電器會(huì)頻繁動(dòng)作，將導(dǎo)致輔助冷卻器頻繁地啟停。冷卻器的油泵﹑風(fēng)扇電機(jī)啟動(dòng)過于頻繁，會(huì)進(jìn)一步使熱繼電器動(dòng)作，從而讓該組冷卻器退出運(yùn)行，投退次數(shù)過多無疑會(huì)縮短冷卻器電氣設(shè)備的使用壽命。同時(shí)變壓器油高速流動(dòng)易產(chǎn)生油流帶電，造成主變內(nèi)部故障隱患，影響其安全穩(wěn)定運(yùn)行。另外，冷卻器組的風(fēng)扇電機(jī)投入過多不僅浪費(fèi)電能也會(huì)造成嚴(yán)重噪音污染。

輔助冷卻器組本身作用是在油溫過高時(shí)投入以達(dá)到快速降低油溫，因此單純優(yōu)先依負(fù)荷的增加做出輔助冷卻器投退判據(jù)缺乏一定的科學(xué)性，其目的可能僅僅是基于可靠性的角度來考慮。例如11月30日8時(shí)許上廟變電站室外溫度0℃左右且伴隨3-4級(jí)北風(fēng)，氣溫陡降用電負(fù)荷增大，上#1主變輔助冷卻器投運(yùn)，而主變上層油溫不到20℃。

圖1 分控箱風(fēng)扇電機(jī)動(dòng)力電源變頻控制原理圖

如此導(dǎo)致最直接的后果就是冷卻系統(tǒng)的風(fēng)扇電機(jī)損壞，而損壞的原因是電機(jī)機(jī)械軸承磨損，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)異響或葉片擦到外殼卡死燒毀電機(jī)。據(jù)工作票不完全統(tǒng)計(jì)自2011年1月至今變電檢修中心所轄10座站共處理冷卻器缺陷20余起，僅一起不是強(qiáng)迫油風(fēng)冷型主變，而風(fēng)扇電機(jī)故障占80%以上，熱過載繼電器失靈也占相當(dāng)大比例。累計(jì)出勤愈30次均涉及大量部件更換維修，其中專業(yè)班組集中維修電機(jī)4次近20臺(tái)，委外維修2次耗1700元，造計(jì)劃新購置約10臺(tái)電機(jī)和10部熱過載繼電器備用，投入的人力物力財(cái)力不容忽視。即使如此仍然數(shù)次因?yàn)槿狈浼诱`計(jì)劃消缺時(shí)間，影響消缺率考評(píng)。

1.2 改進(jìn)型冷卻器投退判據(jù)

對(duì)于這樣不是長期滿負(fù)荷運(yùn)行的變壓器，運(yùn)行冷卻器的投入可按照如下規(guī)則整定：

（1）負(fù)荷判據(jù)。當(dāng)變壓器負(fù)荷達(dá)到其額定值70%及其以上時(shí)，經(jīng)過一段延時(shí)冷卻器全部投入，延時(shí)的目的是為了避免負(fù)荷波動(dòng)帶來的影響；當(dāng)負(fù)荷小于額定值70%時(shí)，投切由油溫判據(jù)決定。

（2）油溫判據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況可把冷卻器分成4-5組。每組含風(fēng)扇電機(jī)兩臺(tái)，對(duì)于冷卻器數(shù)量的投運(yùn)控制是：正常運(yùn)行時(shí)啟動(dòng)2組冷卻器4臺(tái)風(fēng)扇電機(jī)工作，當(dāng)油溫上升到某設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)輔助冷卻器組，當(dāng)油溫下降到設(shè)定值時(shí)切除輔助組。

2 變頻控制風(fēng)扇電機(jī)運(yùn)行模式

根據(jù)變壓器運(yùn)行的情況，把變壓器的負(fù)荷設(shè)置成2檔：0＜P＜P1和P1≤P≤100%（P1=70%額定容量），變壓器投入運(yùn)行時(shí)首先由負(fù)荷判據(jù)確定投入的冷卻器數(shù)量。頂層油溫的定值設(shè)為3個(gè)檔位，T1=正常運(yùn)行2組冷卻器投入時(shí)溫度閥值﹑T2=輔助冷卻器投入時(shí)溫度閥值﹑T3=主變?cè)试S溫度限值。

（1）運(yùn)行模式1：當(dāng)（0＜P＜P1）&（T＜T1）給變頻器賦初值f1，使之輸出某一頻率，采集溫度傳感器設(shè)定值進(jìn)行計(jì)算校正，變換成電流信號(hào)輸出到變頻器，使之按照相應(yīng)的頻率輸出帶動(dòng)冷卻器組風(fēng)扇電機(jī)運(yùn)行。在（0，T1）設(shè)定溫度范圍內(nèi)，變壓器油溫升高，輸入溫度信號(hào)電流增大，變頻器輸出頻率逐漸上升，風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速上升使冷卻容量增大，直到變壓器油溫降回到設(shè)定的T 1范圍內(nèi)，使變壓器的損耗與散熱功率達(dá)到線性平衡。反之，若油溫度下降，變頻器輸出頻率逐漸下調(diào)以降低風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速，減小冷卻容量，控制油溫在設(shè)定范圍（0，T1）內(nèi)。如此達(dá)成投運(yùn)風(fēng)扇電機(jī)未全速運(yùn)行仍然可以使變壓器正常運(yùn)行時(shí)其頂層油溫控制在某一個(gè)恒定范圍內(nèi)。

（2）運(yùn)行模式2：當(dāng)（0＜P＜P1）&（T1≤T＜T2）時(shí)輔助冷卻器投入運(yùn)轉(zhuǎn)，先將變頻器輸出頻率降到最低，在此冷卻容量基礎(chǔ)上根據(jù)溫度電流信號(hào)給變頻器賦初值f2，使調(diào)節(jié)溫度能夠回到T1范圍內(nèi)，在（0，T2）內(nèi)調(diào)節(jié)方式和模式1一致，在油溫下降到正常運(yùn)行閥值T1時(shí)，輔助組冷卻器退出，退回至模式1

（3）運(yùn)行模式3：當(dāng)（0＜P＜P1）&（T2≤T＜T3）時(shí)備用冷卻器亦投入運(yùn)轉(zhuǎn)，在此冷卻容量基礎(chǔ)上根據(jù)溫度電流信號(hào)給變頻器賦初值f3，使調(diào)節(jié)溫度能夠回到T2范圍內(nèi)，依次退回至模式2﹑模式1。

（4）運(yùn)行模式4：當(dāng)P≥P1時(shí)，退出風(fēng)扇電機(jī)變頻調(diào)速模式，直至負(fù)荷回到0＜P＜P1。

3 變頻控制風(fēng)扇電機(jī)回路方案設(shè)計(jì)

基于以上考慮可在在每組冷卻器分控箱電機(jī)的控制回路中加裝一臺(tái)變頻器來控制該組兩臺(tái)風(fēng)扇電機(jī)，由變壓器的油溫變化作為控制信號(hào)來控制風(fēng)扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變以往電動(dòng)機(jī)投入后只能在工頻狀態(tài)下全速運(yùn)行的狀況，達(dá)到在不降低散熱效果的基礎(chǔ)上延長風(fēng)扇電機(jī)使用壽命及節(jié)能降噪的目的。

接線方式只是在分控箱風(fēng)扇電機(jī)原動(dòng)力控制電路部分略作改動(dòng)，即可達(dá)到由一臺(tái)變頻器控制兩臺(tái)風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速，如圖1所示。

通過KM1﹑KM2﹑KM3三個(gè)接觸器控制實(shí)現(xiàn)變頻與工頻的切換，在模式1﹑模式2﹑模式3運(yùn)行情況下，KM1﹑KM2閉合，KM3斷開風(fēng)扇電機(jī)工作在變頻調(diào)速模式。通過溫度傳感器取出溫度信號(hào)，轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，輸出至變頻器S端。溫度高時(shí)，電流信號(hào)大，變頻器的輸出頻率也大，從而加快風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。反之，溫度低時(shí)，電流信號(hào)和變頻器的輸出頻率都小，使風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速減慢。在模式4或變頻器故障情況下，轉(zhuǎn)入工頻運(yùn)行風(fēng)扇電機(jī)全速運(yùn)行，以保證冷卻器正常工作。

結(jié)語

本方案在保證變壓器長期安全可靠運(yùn)行的基礎(chǔ)上，可使變壓器的損耗與散熱功率達(dá)到一種平衡關(guān)系，實(shí)現(xiàn)變壓器冷卻系統(tǒng)的最優(yōu)控制。同時(shí)減少風(fēng)扇電機(jī)不必要的頻繁停用和全速運(yùn)行，降低冷卻器風(fēng)扇電機(jī)缺陷發(fā)生的幾率，延長電機(jī)的壽命，檢修工作量以及維護(hù)電動(dòng)機(jī)的費(fèi)用也會(huì)相應(yīng)減少，方便運(yùn)行與維護(hù)。

[1]李福彥.變壓器用冷卻器采用變頻調(diào)速技術(shù)的分析[J].變壓器， 2000（05）.

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