黃芝強，劉穩(wěn)標，林娟

（正泰電氣股份有限公司，上海 201614）

隨著電網(wǎng)發(fā)展的需要，逐漸的朝超高壓、智能化的方向發(fā)展，而超高壓、智能化的電網(wǎng)就需要相適應(yīng)的變壓器。目前，節(jié)能降耗、綠色環(huán)保是社會發(fā)展的需要，電力設(shè)備同樣如此。因此，一個智能化的冷卻控制系統(tǒng)對于變壓器來說同樣重要。智能冷卻控制系統(tǒng)能夠幫助變壓器降低輔機損耗，降低變壓器低負荷時的運行噪音，提高風機的使用壽命，同時能夠?qū)鋮s控制系統(tǒng)進行智能化且實時數(shù)字化的監(jiān)控。

1 變壓器的傳統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)與智能冷卻控制系統(tǒng)

電力變壓器是一種通過改變電壓而傳輸交流電能的靜止感應(yīng)電器。它有一個共用的鐵心和與其交鏈的幾個繞組，且他們之間的空間位置不變。當某一個繞組從電源接受交流電能時，通過電感生磁、磁感生電的電磁感應(yīng)原理改變電壓（同時改變電流，電壓與電流成反比，即電壓升高，則電流降低），在其余繞組上以同一頻率、不同電壓（電流）傳輸出交流電能。由于在電生磁、磁生電的過程中存在漏磁、渦流、磁滯等損耗，它們共同組成了變壓器的空載損耗和負載損耗。

所有損耗最終均轉(zhuǎn)換為熱能，使變壓器的鐵心和繞組發(fā)熱，導致變壓器的溫度升高。因此變壓器如果靠自身散熱，無法將多余的熱量排除出去，就會導致變壓器的溫度長時間超過允許值，則變壓器的絕緣迅速老化，絕緣容易損壞，有數(shù)據(jù)表明，變壓器的溫度每升高6℃，變壓器絕緣的壽命將降低一半。即使絕緣還沒有損壞，溫度愈高，在電動力的作用下，絕緣越容易破裂，絕緣的性能越差，很容易被高電壓擊穿而造成故障。因此，變壓器正常運行時，不能超過絕緣的允許溫度，也就要求變壓器的冷卻系統(tǒng)運行可靠，這樣才能保證變壓器的正常運行。在大型電力變壓器中，由于損耗很大，自身冷卻（ONAN）不能滿足其運行要求，所以目前大型變壓器的冷卻一般采用強迫風冷（ONAF）或強迫油循環(huán)風冷（OFAF）的方式，部分水質(zhì)較好的水電站采用強迫水冷（ODWF）的方式進行冷卻。除了采用自冷方式（ONAN）的變壓器不需要風冷控制系統(tǒng)，其他如采用ONAF，OFAF還是ODAF的變壓器都需要冷卻控制系統(tǒng)來實現(xiàn)對冷卻系統(tǒng)的控制。

根據(jù)行業(yè)標準《電力變壓器運行規(guī)程》（DL/T-572-2010）的要求，變壓器的冷卻控制系統(tǒng)必須具備以下功能。

（1）冷卻系統(tǒng)必須有兩組獨立的工作電源互為備用，并具有電氣觸電互鎖功能。

（2）自動啟動冷卻系統(tǒng)的接點信號。

（3）按負荷或溫度控制冷卻系統(tǒng)的工作與停止。

（4）具有故障報警功能。

（5）具有手動控制功能，并且能在控制器失效情況下，手動控制冷卻系統(tǒng)的功能。

控制系統(tǒng)大多由傳統(tǒng)的低壓元件如斷路器、繼電器或PLC（可編程邏輯控制器）等組成。在冷卻控制系統(tǒng)中屬于大腦，能夠分析并提供信號來控制冷卻設(shè)備。信號系統(tǒng)則提供信號采集、輸出等功能，將信息提供給控制系統(tǒng)；風機和油泵則是冷卻系統(tǒng)的執(zhí)行者，接受控制系統(tǒng)的信號，通過工作和停止來達到控制冷卻系統(tǒng)的目的。

傳統(tǒng)的變壓器冷卻控制系統(tǒng)由諸多的接觸器、中間繼電器、空開等組成，以國家電網(wǎng)天津某變電站使用的SFSZ11-240000/220變壓器的冷卻控制系統(tǒng)為例。其控制系統(tǒng)采用的是傳統(tǒng)的電器元件來實現(xiàn)，其控制系統(tǒng)中僅開關(guān)、繼電器、斷路器和接觸器的數(shù)量就有69件。其控制系統(tǒng)有以下缺點。

（1）電器件多且復(fù)雜，相對故障率高，接線復(fù)雜，接點多。當任一元件發(fā)生故障時，均有可能導致變壓器的冷卻系統(tǒng)部分或全部停運，嚴重時會導致主變停運，造成重大的停電事故。

（2）自動化程度低，不夠智能化。目前國網(wǎng)大力推廣智能電網(wǎng)，國內(nèi)新建220kV及以上電站大多為無人值守電站，對于變壓器及其附件的智能化要求較高，當冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，不能提供故障的詳細信息。

（3）功能單一，適用性不強。對于變壓器的油溫和負載電力等信號系統(tǒng)提供的參數(shù)的設(shè)定和修改都由硬件實現(xiàn)，參數(shù)的設(shè)定和修改不便，不能在線設(shè)定和修改。

（4）體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。大都只能落地式安裝，不能采用壁掛式安裝在變壓器上，導致對于控制系統(tǒng)殼體的防護等級、耐腐蝕性等要求提高。

近幾年來，隨著一些進口電器件的普遍采用和國產(chǎn)電器件的技術(shù)、工藝、生產(chǎn)水平的提高，由硬件質(zhì)量問題引起的冷卻控制系統(tǒng)故障在逐漸降低，但控制回路一直沒有本質(zhì)的改變。隨著國網(wǎng)對于電力變壓器，尤其是超高壓電力變壓器的冷卻控制系統(tǒng)智能化的要求逐漸提高，傳統(tǒng)的冷卻控制系統(tǒng)的回路將進一步復(fù)雜，更加不利于檢修人員的運行維護。

采用PLC的智能冷卻控制系統(tǒng)除了含有CPU外，還配置了模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊、繼電器類輸入模塊、繼電器類輸出模塊和與上位機通訊用的RS485接口。PLC可編程控制器為整個智能冷卻控制系統(tǒng)的核心。

相比于傳統(tǒng)的變壓器冷卻控制系統(tǒng)，采用PLC的智能變壓器冷卻控制系統(tǒng)的優(yōu)勢十分明顯。除了能夠滿足《電力變壓器運行規(guī)程》中對于冷卻控制系統(tǒng)的要求外，還能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能。

（1）體積小，占地面積小，可采用壁掛式，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單，接線少，維護檢修較為輕松。

（2）功能強大能夠?qū)崿F(xiàn)許多傳統(tǒng)的變壓器冷卻控制系統(tǒng)所無法實現(xiàn)的功能。如逐一啟動冷卻設(shè)備，對于冷卻設(shè)備進行定期輪換工作，將冷卻系統(tǒng)的故障和運行狀態(tài)傳輸給控制中心，能夠接收非電量的信號，如0～20mA或4～20mA的電流信號。

（3）因為能夠?qū)崿F(xiàn)冷卻設(shè)備的逐一啟動和關(guān)停，避免了大量冷卻設(shè)備的集中啟動或關(guān)停對供電系統(tǒng)電網(wǎng)的沖擊。

（4）更換狀態(tài)靈活。基于PLC的風冷控制系統(tǒng)，如果需要對整個冷卻控制系統(tǒng)進行更改，只需要重新編程輸入PLC即可，無須對整個風冷控制系統(tǒng)進行拆解、安裝、斷電等。整個主變也可以在不斷電的情況下更改，提高了電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

（5）全壽命成本低。即在整個變壓器和冷卻系統(tǒng)的全部使用壽命期間，其具有成本低于傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)的優(yōu)勢。

2 采用智能冷卻控制系統(tǒng)的經(jīng)濟性分析

變壓器的智能冷卻控制系統(tǒng)較傳統(tǒng)的冷卻控制系統(tǒng)每套約貴2萬元人民幣左右，但是對于變壓器的全壽命期間的成本計算，則智能冷卻控制系統(tǒng)的經(jīng)濟性優(yōu)勢十分明顯。

由于電網(wǎng)負荷在隨時變化，其負荷的變化一般有以下幾種：季節(jié)性負荷變化；冬夏兩季制冷制熱設(shè)備使用，農(nóng)村夏季灌溉；日夜負荷變化；居民區(qū)夜間用電量的變化；工業(yè)區(qū)、商業(yè)區(qū)的日夜負荷變化；突發(fā)事件用電變化；大型活動用電變化；應(yīng)急救災(zāi)；遠期負荷變化；近期使用量小，遠期大。在變壓器維持低負荷運行時，發(fā)熱量較少，此時相比于滿負荷時，可以少開甚至不開冷卻設(shè)備。而傳統(tǒng)的冷卻控制系統(tǒng)只能對冷卻設(shè)備分組啟動。無法根據(jù)負荷的變化，根據(jù)需要來啟動相應(yīng)數(shù)量的冷卻設(shè)備。

以河南某500kV變電站3臺單相ODFPSZ-250000/500變壓器的負荷為例，有數(shù)據(jù)顯示，其夜間負荷最低時僅為負荷高峰時的1/4。2011年上海某鋼鐵公司SFZ-63000/110變壓器因短路引發(fā)燃燒，導致外部設(shè)備幾乎全部損壞。其冷卻控制系統(tǒng)由江蘇某變壓器公司設(shè)計生產(chǎn)，為采用傳統(tǒng)的電器件控制，變壓器采用ONAN/ONAF冷卻方式，即自冷加風冷模式。由于此處事故中控制箱也燒毀，與該公司相關(guān)技術(shù)人員溝通后，采用智能冷卻控制系統(tǒng)來控制。自2011年4月投運以來，與歷年數(shù)據(jù)對比，平均節(jié)電29．5%，由此推算，風機的實際使用率約為70%。

3 使用前景

隨著兩網(wǎng)公司（國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司）大力推廣智能、堅強電網(wǎng)的需要，在具備良好的全壽命經(jīng)濟性的優(yōu)勢的情況下，智能冷卻控制系統(tǒng)的使用前景一片光明。2012年年初，國網(wǎng)下屬的電力科學研究院就發(fā)布通知，開始進行智能變壓器的檢測與驗證，其中智能冷卻控制系統(tǒng)就是其中必須進行檢測的內(nèi)容。有數(shù)據(jù)顯示，近兩年國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)進行的集中招標采購的220kV及以上電力變壓器中，智能冷卻控制系統(tǒng)有逐步增多的趨勢。

4 結(jié)語

智能冷卻控制系統(tǒng)的發(fā)展趨勢不可逆轉(zhuǎn)，其使用上預(yù)計也將大規(guī)模的普及，相比于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)優(yōu)勢明顯。但是其使用中也有一定的局限性，如對于運行維護人員的素質(zhì)要求更高，由于PLC及觸控屏的存在，整個系統(tǒng)對于防護等級、環(huán)境條件的要求也更高。因此，合理的使用智能冷卻系統(tǒng)才能為企業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益。