強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器冷卻器啟動(dòng)回路淺析陳前昌

1、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器冷卻器啟動(dòng)回路淺析江蘇宿遷供電公司陳前昌 【摘要】大型變壓器大多采用強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷（ODAF/OFAF）的冷卻方式，為了增強(qiáng)冷卻系統(tǒng)的可靠性進(jìn)而提高變壓器的安全運(yùn)行性能，往往采用多組冷卻器分組控制的設(shè)計(jì)方案，由于分組方案應(yīng)用較廣，且經(jīng)過多年使用，逐漸趨于完善，但也存在一些未被重視的問題，本文以某公司生產(chǎn)的OSFPS-750000/500變壓器的的冷卻回路為例，剖析冷卻器的啟動(dòng)回路并提出了改進(jìn)意見。【關(guān)鍵詞】變壓器，冷卻器，啟動(dòng)回路【正文】變壓器的銅損和鐵損消耗的能量絕大部分都轉(zhuǎn)化為熱量，造成了變壓器繞組及鐵芯溫度升高，而變壓器的絕緣壽命和溫度又密切相關(guān)，根據(jù)試驗(yàn)得出，當(dāng)平均溫

2、度每升高10攝氏度時(shí)，油的劣化速度就會(huì)增加1.52倍。根據(jù)冷卻方式分類。目前電力系統(tǒng)運(yùn)行中的變壓器以油浸自冷式、油浸風(fēng)冷式及強(qiáng)迫油循環(huán)式三類為主。同樣環(huán)境下強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻效果優(yōu)于油浸風(fēng)冷，油浸風(fēng)冷冷卻效果優(yōu)于油浸自冷。大型變壓器為了提高容量、減少體積、重量和材料消耗大多會(huì)采用強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向風(fēng)冷方式，這種冷卻方式采用的是油泵導(dǎo)向強(qiáng)迫加速熱點(diǎn)油循環(huán)，經(jīng)風(fēng)冷散熱器使變壓器冷卻效果提高。按照變壓器運(yùn)行規(guī)程的相關(guān)規(guī)定，為防止變壓器油劣化過速，上層油溫一般度，不宜經(jīng)常超過85攝氏，多數(shù)變壓器因此設(shè)有過溫保護(hù)，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值就會(huì)跳閘。一旦變壓器因油溫過高導(dǎo)致絕緣損壞事故或過溫跳閘，就會(huì)給系統(tǒng)的正常供電和安

3、全運(yùn)行帶來嚴(yán)重的影響，因此根據(jù)變壓器的容量及其重要程度，必須裝設(shè)良好且可靠的冷卻系統(tǒng)。為了增強(qiáng)冷卻系統(tǒng)的可靠性進(jìn)而提高變壓器的安全運(yùn)行性能，往往采用多組冷卻器分別控制的設(shè)計(jì)方案，當(dāng)某一組冷卻器故障時(shí)不影響其他冷卻器的運(yùn)行，使得變壓器能夠最大程度上得到冷卻。分組的另外一個(gè)好處是運(yùn)行檢修靈活，冷卻器一般分成4-12組，可以根據(jù)負(fù)荷即溫度來確定投入的組數(shù)，及低溫及低負(fù)荷時(shí)投入較少冷卻器，以免導(dǎo)致能源及冷卻器壽命的浪費(fèi)，高溫及高負(fù)荷時(shí)投入較多組冷卻器及時(shí)降低主變溫度。究竟需要投入多少臺(tái)冷卻器才能既滿足散熱需求又不至于造成能源浪費(fèi)及冷卻器壽命減少，這要根據(jù)不同的廠家散熱器的性能而定，本文以某公司生產(chǎn)的O

4、SFPS-750000/500變壓器為例，進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)廠家說明書要求，低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)可以停用部分冷卻器，在保持各繞組及油溫升不變的條件下，開啟冷卻器組數(shù)與允許負(fù)荷的關(guān)系有下列算式：開啟n只冷卻器時(shí)變壓器允許的容量Sn計(jì)算公式Sn變壓器的額定容量（kVA）Pk開啟n只冷卻器允許的負(fù)載損耗，PknPP0Pk變壓器75時(shí)額定負(fù)載損耗P變壓器滿載運(yùn)行時(shí)每只冷卻器的熱負(fù)荷，P（P0Pk）/NP0變壓器的空載損耗N冷卻器總數(shù)（不包括備用冷卻器）根據(jù)變壓器的參數(shù)（N=7-1，P0=173.4kW，Pk1215.6kW，Sn750000kVA）可以得到開啟冷卻器組數(shù)和對應(yīng)允許容量的關(guān)系如下表啟動(dòng)冷卻器臺(tái)數(shù)n變

5、壓器允許的容量SnkSn/Sn1163970 kVA0.2192366070 kVA0.4883491050 kVA0.6554590130 kVA0.7875674810 kVA0.9006750000 kVA1.000冷卻器的控制方式有手動(dòng)和自動(dòng)兩種，其中自動(dòng)控制的冷卻回路又可分為電氣回路控制和可編程控制，目前在系統(tǒng)中運(yùn)行的以電氣回路控制為主，但可編程控制的冷卻器會(huì)象微機(jī)保護(hù)一樣逐漸普及。下面，以該公司生產(chǎn)的OSFPS-750000/500變壓器配套冷卻器控制回路為例，分析其啟動(dòng)回路并提出了改進(jìn)意見。冷卻器控制回路如下冷卻器控制回路圖（局部）一、 冷卻系統(tǒng)配置介紹： 該冷卻系統(tǒng)配置7組冷卻

6、器，由電源切換回路，工作冷卻器輔助及備用冷卻器啟動(dòng)回路，信號(hào)回路，冷卻器自動(dòng)啟動(dòng)及冷卻器全停跳閘啟動(dòng)回路構(gòu)成。1、 冷卻器的分組，為了運(yùn)行檢修靈活，冷卻系統(tǒng)配置7組冷卻器，可以根據(jù)負(fù)荷即溫度來確定投入的組數(shù)，及低溫及低負(fù)荷時(shí)投入較少冷卻器，高溫及高負(fù)荷時(shí)投入較多組冷卻器。2、 冷卻器的工作方式，由于變壓器的負(fù)荷及溫度是不斷變化的，故當(dāng)需要投入或停止冷卻器時(shí)應(yīng)該自動(dòng)進(jìn)行，不需人為干預(yù)，這樣既減少了人員工作壓力，又避免了人為投入不及時(shí)導(dǎo)致主變溫度過高，或人為退出不及時(shí)導(dǎo)致能源及冷卻器壽命的浪費(fèi)。故除了設(shè)置工作模式外，還設(shè)置了輔助1、輔助2工作模式，可以根據(jù)溫度及負(fù)荷啟動(dòng)。3、 為了防止工作冷卻器因

7、各種故障停用，設(shè)置了備用工作模式，當(dāng)任一工作中的冷卻器故障停用，都自動(dòng)啟動(dòng)備用冷卻器，來代替原有冷卻器的運(yùn)行。二、 冷卻器的幾種工作模式1、 冷卻器工作方式切換開關(guān)SC的接點(diǎn)位置表如下：2、 “停止0”模式 停止模式時(shí)，冷卻器工作方式切換開關(guān)SC所有接點(diǎn)均斷開，該組冷卻器退出運(yùn)行。3、 “工作W”模式如下圖所示，設(shè)置方式為“工作”的冷卻器（以第一組為例），其SC1接點(diǎn)1-2、3-4接通，KM1及KM11、KM12、KM13經(jīng)Q1、QC1、SC1的接點(diǎn)3-4及其自身的熱繼電器常閉接點(diǎn)啟動(dòng)，其中KM1為第一組冷卻器的潛油泵的接觸器，KM11、12、13為第一組冷卻器的三只風(fēng)扇的接觸器，第一組冷卻器

8、工作。工作指示紅燈H1經(jīng)QF8、KM1及KM11、KM12、KM13的常開接點(diǎn)，K01（油流繼電器）的常開接點(diǎn)、SC1接點(diǎn)3-4啟動(dòng)，指示第一組工作正常。4、 “輔助A1”模式如圖所示，設(shè)置方式為“輔助A1”的冷卻器（以第七組為例），其SC7接點(diǎn)5-6、7-8接通，KM7及KM71、KM72、KM73經(jīng)其自身的熱繼電器常閉接點(diǎn)及Q7、QC7、SC7的接點(diǎn)7-8及K3啟動(dòng)，其中KM7為第七組冷卻器的潛油泵的接觸器，KM71、72、73為第七組冷卻器的三只風(fēng)扇的接觸器，當(dāng)K3動(dòng)作時(shí)，“輔助A1”冷卻器工作。工作指示紅燈H7經(jīng)QF8、KM7及KM71、KM72、KM73的常開接點(diǎn)，K07（油流繼電器

9、）的常開接點(diǎn)、SC7接點(diǎn)7-8啟動(dòng)，指示第七組冷卻器工作正常。5、 “輔助A2”模式設(shè)置方式為“輔助A2”的冷卻器（仍以第七組為例），其SC7接點(diǎn)9-10、11-12接通，KM7及KM71、KM72、KM73經(jīng)其自身的熱繼電器常閉接點(diǎn)及Q7、QC7、SC7的接點(diǎn)11-12及K4啟動(dòng)，當(dāng)K4動(dòng)作時(shí)，“輔助A2”冷卻器工作。6、 “備用S”模式如圖所示，設(shè)置方式為“備用S”的冷卻器（仍以第七組為例），其SC7接點(diǎn)13-14、15-16接通，KM7及KM71、KM72、KM73經(jīng)其自身的熱繼電器常閉接點(diǎn)及Q7、QC7、SC7的接點(diǎn)15-16及K5啟動(dòng)，當(dāng)K5動(dòng)作時(shí)，“備用S”冷卻器工作。 工作指示紅

10、燈H7經(jīng)QF8 KM7及KM71、KM72、KM73的常開接點(diǎn)，K07（油流繼電器）的常開接點(diǎn)啟動(dòng)，指示第七組冷卻器工作正常。三、 輔助冷卻器的啟動(dòng)過程分析：輔助冷卻器設(shè)置了兩組，分別為“輔助A1”和“輔助A2”，目的為根據(jù)不同的油溫和負(fù)荷自動(dòng)啟動(dòng)不同數(shù)量的冷卻器，由于溫度和負(fù)荷均參與輔助冷卻器的控制，故其動(dòng)作過程比較復(fù)雜。輔助啟動(dòng)回路如下：當(dāng)油溫高于55度或負(fù)荷大于65且油溫高于45度時(shí)，K03、K3動(dòng)作，啟動(dòng)“輔助1”冷卻器。當(dāng)油溫當(dāng)油溫低于45度時(shí)，K3自保持回路斷開，“輔助1”冷卻器退出運(yùn)行。當(dāng)油溫大于65度時(shí)，K4、K03、K3動(dòng)作，啟動(dòng)“輔助1”“輔助2”冷卻器。當(dāng)油溫低于55度且

11、負(fù)荷小于65%時(shí)K4、K03返回，“輔助2”冷卻器退出運(yùn)行。當(dāng)負(fù)荷大于85%且油溫高于45度時(shí)，K4、K03、K3動(dòng)作，啟動(dòng)“輔助1”“輔助2”冷卻器。當(dāng)油溫低于55度且負(fù)荷小于65%時(shí)K4、K03返回，“輔助2”冷卻器退出運(yùn)行。當(dāng)負(fù)荷大于85%且油溫低于45度時(shí)，K4、K03動(dòng)作，啟動(dòng)“輔助2”冷卻器。當(dāng)油溫低于55度且負(fù)荷小于65%時(shí)K4、K03返回，“輔助2”冷卻器退出運(yùn)行。將負(fù)荷、溫度和啟動(dòng)輔助冷卻器對應(yīng)如下表，可以發(fā)現(xiàn)，隨著溫度和負(fù)荷的升高，輔助冷卻器投入數(shù)量也增多。而且溫度優(yōu)先，剛好滿足了變壓器的冷卻需求。 負(fù)荷溫度負(fù)荷<65%65%<負(fù)荷<85%負(fù)荷>85

12、溫度<45度無K03K4、K0345度<溫度<55度K03K03、K3K4、K03、K355度<溫度<65度K03、K3K03、K3K4、K03、K3溫度>65度K4、K03K4、K03、 K3K4、K03、 K3四、 備用冷卻器的啟動(dòng)過程分析：當(dāng)工作中的冷卻器（以第一組冷卻器為例）出現(xiàn)故障，如油泵回路缺相或短路，熱繼電器KH1動(dòng)作，斷開接觸器KM1啟動(dòng)回路，接觸器KM1返回，其常閉接點(diǎn)接通，交流220V電源經(jīng)QF7、KT2、K5、SC1的1-2接點(diǎn)、KM1常閉接點(diǎn)、SC1的3-4接點(diǎn)構(gòu)成回路，K5延時(shí)3秒動(dòng)作，K5動(dòng)作后啟動(dòng)相應(yīng)設(shè)置為“備用S”模式的冷卻器

13、。風(fēng)扇回路和油流繼電器的常閉接點(diǎn)均和該接點(diǎn)并聯(lián)，若油流繼電器或風(fēng)扇接觸器返回，均同樣判斷為故障，啟動(dòng)繼電器K5，進(jìn)而啟動(dòng)備用冷卻器。故障冷卻器故障啟動(dòng)備用冷卻器圖當(dāng)油溫或負(fù)荷啟動(dòng)了輔助冷卻器（仍以第一組冷卻器設(shè)置為“輔助A1”為例）出現(xiàn)故障，如油泵回路缺相或短路，熱繼電器KH1動(dòng)作，斷開接觸器KM1啟動(dòng)回路，接觸器KM1返回，其常閉接點(diǎn)接通，交流220V電源經(jīng)QF7、KT2、K5、SC1的5-6接點(diǎn)、KM1常閉接點(diǎn)、SC1的7-8接點(diǎn)構(gòu)成回路，K5延時(shí)3秒動(dòng)作，K5動(dòng)作后啟動(dòng)相應(yīng)設(shè)置為“備用S”模式的冷卻器。風(fēng)扇回路和油流繼電器的常閉接點(diǎn)均和該接點(diǎn)并聯(lián)，若油流繼電器或風(fēng)扇接觸器返回，均同樣判斷

14、為故障，啟動(dòng)繼電器K5，進(jìn)而啟動(dòng)備用冷卻器。K5動(dòng)作后一組接點(diǎn)發(fā)“工作冷卻器故障”信號(hào)，以提醒值班人員注意。當(dāng)備用冷卻器出現(xiàn)故障時(shí)，交流220V電源經(jīng)QF7、KT3、K6、SC1的13-14接點(diǎn)、KM1常閉接點(diǎn)、SC1的15-16、K5接點(diǎn)構(gòu)成回路，K6延時(shí)3秒動(dòng)作，發(fā)出“備用冷卻器故障”信號(hào)。五、 輔助冷卻器的啟動(dòng)回路不足與改進(jìn)：輔助冷卻器的按負(fù)荷啟動(dòng)的繼電器KC1、KC2一般由保護(hù)屏提供，經(jīng)過壓板控制后接入冷卻器控制箱，由于其為交流220V控制，對人員操作時(shí)的安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，同時(shí)由于交直流不能共用電纜，故需單獨(dú)敷設(shè)一根電纜造成了浪費(fèi)，也擠占了通道。由于冷卻器具備直流控制電源，故直流的取用非常方便，同時(shí)由于KC1KC2均經(jīng)過KT1/KT01的延時(shí)，完全可以在不增加回路的復(fù)雜性及原件數(shù)量的條件下進(jìn)行改進(jìn)。即將延時(shí)繼電器的啟動(dòng)回路接入直流控制，由時(shí)間繼電器的延時(shí)觸點(diǎn)接通交流控制回路，這樣就完成了從交流到直流的改造。同時(shí)由于直流的時(shí)間繼電器可以選擇數(shù)字型時(shí)間繼電器，計(jì)時(shí)精度也較交流型高得多。改進(jìn)后的圖如下：交流部分直流部分原KT1/KT01改為直流時(shí)間繼電器后用SJ1、SJ01表示，以示區(qū)分。LC+、LC-、QF11均為原有設(shè)備。六、 各組冷卻器的工作模式設(shè)置：根據(jù)廠家的要求，其中一組設(shè)置為“備用S”，另外"輔助A1”、“輔助A2”各設(shè)置一組，剩余4組可根據(jù)