变压器强油循环冷却控制系统的改造与应用.pdf

变 压 器 技 术 变压器 i i li l l | 环； 却控制系统的改造与应用 陈锦 鹏 惠州供 电分公 司，惠 州 5 1 6 0 0 1 [ 摘要] 通过分析变压器常规 强油循环风冷控制 系统现状及存在问题 ，提 出采用工业微机与固态交流 保护开关组成 的新型主 变风 令控制 系统。该 系统不仅实现 了常规风冷控 制装 置的所有功能， 而 且 实现 了冷却机 组在故障和正 常情况下 的科 学排 序正 常投 切 以及过 流 、过压 、欠压 、速 断保 护 半个周波 、断相、过 载的数字化保护 ， 同时它具备通讯接 口，可 实现 与综合监控 装 置的 远程 通讯 。在 系统 中采用最新 固态 大功率模 块替代 常规 交流接触 器，实现 了冷却机组控制 的 无触点化 ，减 少 了装 置的运 行维护量 。 关键 词变压 器 冷却控制 系统 微机保护 固态开关 0 引言 大型 的变压器通 常采用油浸 式， 变压 器油作 为 绝缘介质和 传热载体 。正常运行 时，变压器 的铜耗 和铁耗会 产生大量 的热 量，必 须采取 有效 的方式进 行冷却 。 目前， 大型变压器大 多采用强油循环 风冷 方式 ，冷却 系统运 行可靠与否直 接影响变压器 的安 全运行。 电力变压器运行规程 4 ． 4 ． 2 规定“ 油浸 自然循环 、风冷 和干式风冷 变压器 ，风扇停止工 作时，允许的负载和运行时间，应按 制造厂的规定。 油浸风冷变压器 当冷却 系统故 障停风扇后 ，顶层油 温不超过 6 5℃时，允许带额定负载运行” 。4 ， 4 ． 3规 定 “ 强油 循环 风冷或 强油循 环水冷 变压器 ， 当冷 却系统故 障切 除全部冷却器 时， 允许 带额定 负载运 行 2 0 mi n 。若 2 0 mi n后顶层油温 尚未达到 7 5 ℃，则允 许上升到 7 5℃，但在这种状态下运行的最长时间不 得 超 过 l h ” 。 1 强油循环风冷控制回路运行中存在的问题 变压器 强油循 环风冷控 制回路使 用变压器厂家 收稿 日期 2 0 0 5 0 4 0 6 提供 的冷 控端子箱所 配的冷 控系统 ，虽经生产 厂家 多次 改进 ， 在 实 际运 行过 程 中发现 仍 存在 很 多缺 陷 ，影 响冷却 系统 的可靠性 ，严重威胁 变压器 的安 全 运 行 。 1冷却器 控制箱和风扇 与潜油 泵分接箱装有 有触 点 的交 流 接触 器 和 空气 开 关 ， 长 时 f s- ] 带 电运 行， 存 在触 点 氧 化导 致 接触 不 良及线 圈烧 坏 的隐 患 。 2冷却器 控制箱接线复 杂，大量 的中间继 电 器 和时 间继 电器 中任一个 继电器或一 条连线 出现故 障，都会造 成系统运行 不正常，且查 找和排 除故 障 较 困 难 。 3风扇 与 潜油 泵 采 用热 继 电器 作 为保 护元 件，实 际运行表 明，当断相或 电机 内部故 障电流不 平衡时，其他 两相 电流增大不多，热继电器不动作， 从 而导致 电机 损 坏 。 4对无人值 守综合 自动化 变电站，冷却器故 障 信号需靠硬 接点实现，各 种信号不 易全部上传至 监 控 主站 。 2 强油风冷控制回路运行问题解决方案 采用工 业微机与 固态交流保 护开 关组 成主变风 2在 总局 建立数据库 。将 每次加装的变压器 及其所带 用户立刻添 加到数据库 中，存 入电脑进 行 备份，并 由专人管理 。这种记录方式 比记在纸上 的 方式方便 快捷，且便 于查询 。有 条件的可 以购 买电 力线 路监控软件 ，将整个地 区的电力线分布情 况输 入软 件，如果加 装变压器，可 立刻在软件 的线 路图 上添 加， 这也 比较快 捷 。 2 2四圆2 0 0 5 年 7 期 参考文献 n1 曹宁． 胡宏莽． 电网通信技术， 中国水利水电出版社 『2 1肖本贤， 朱华炳， 姜跃炜， 李力民． 基于电力 M o d e m的远程电 表 联网 自动抄表 监控 系统 的研 究 ． 做 电子 学与计算机， 1 9 98 3 『 3 1 张运楚， 张存 山， 齐保 良． 利用电力载波通讯实现住宅小区的 综合管理， 山东建筑构成学院学报． 1 9 9 8，9 维普资讯 变 压 器 技 术 冷 控制 系统 ， 实现 油泵 和 风机 的微机 保 护 ， 具 有 过 流 、过 压 、欠压 、速断保 护 半个 周波 ， 断相 保护 、过载 保护，各 保护定值与 延时可设定 ；无机 械触 点 ，不会 出现触 头磨损 、拉 弧现 象 。无火花 、 低 噪声 、耐震动 、可靠性高 、接线简单且平 均寿命 长；标 准的开关量 、串行总线控 制易于与计算机 连 接 。 2 ． 1控制装置功能结构 采 用工业微机 作为核心处 理器进行 电压 和 电流 的实时交流采样 与 F F T计算，可 以测 出各种电源故 障或 用户负载 的故 障；所有参 数数字化操作 ，消除 模拟量 的不精确 性；提高 了系统的稳定性 ；尽 最大 的可 能防止系统误 动发生，配 以无机械运转 自然冷 却 方式 达到热平 衡的 固态交流 开关，使模块 的平均 无故障时间MT BF大大延长，系统可靠性极大提高 。 控 制 装 置 原 理 图 如 图 1 。 图 1 单组风冷机组控制装置原理接线图 该 装 置 可 实 现 如 下 功 能 ① 具 备 常 规 风 冷 控 制 装 置 的 所 有 控 制 功 能 ； ②实现油泵 和风机 的过 流 、过 压 、欠压 、速断 半个周波 、断相 、过载的微机保 护，各保护定值 与 延 时 可 设 定 ； ③实现智 能控制 ，通 过微机监 控 系统 接 口上传 所 有冷却 系统 运行工况 ，为变 电站 无人值 守创造 条 件 ； ④ 具 有可 靠 的超 温 、风 冷 全停 保 护 的灵 活 配 置， 可与 主 变保 护相 配合 ； ⑤统计机 组运行 时间 、间歇 时 间，合 理均衡 安 排冷 却机组起停 ， 延长冷却机 组 的正 常运行 寿命； ⑥ 系统具 有 自诊断 与事件追 忆功 能 ； ⑦控制装置电源采用 2 2 0 VDC，防止控制装置 因 交 流母 线 断 电而 失 电， 提 高控 制 装置 工 作 的可 靠 性 。 2 ． 2冷却系统运行的控制模式 通过 累计 各组冷 却器连续运 行时 间， 根据排序 结果， 启动运行 时间较 短 的机组 ，并在运 行一定 的 时限后 实现 冷却机组 互相切换 ，轮流工 作，达到均 衡使 用， 互 为备 用 目的 。冷 却器起停 条件 如下 Ht ≥HD ， 启 动 1组 ； H ≥HD2 ，或 I f ≥0 ． 7 5I 启动 2组 ； ， 、 ≥HD ， 启动 3组 ； ≥HD ， 启动 4组 ； t≥ T d 式中HD 为启动冷却器温度定值；T 为关停冷却器 延 时 定 值 。 当上 述条件 满足 时，具体 启动冷 却器机组取 决 于 累计 运 行 时间排 序结果 。 当主 变各侧 开关至少一 侧在合 闸位 置， 且两路 交流 电源 完好并 启动其 中一路使 用，冷 却器的启动 原 则依 据冷 却机组运行 时间排序表， 先启动一组 运 行 累计 时 间最 短 的油 泵 和 风 机 ； 当 温 度 大 于 H D， ，或 I ≥o _ 7 5 X I 时，启动运行累计时间较短的 冷 却机组； 当温度大于 HD， 时，启动运行 累计时间 较长 的冷 却机 组； 当温度大于 HD 时，4台冷却机 组 全部 启动 ；当温度大于 整定温度 时，保 护 出口跳 闸。 当主 变温 度降低需 关闭冷却机组 时采用延时关 闭，延 时时间的长短可根 据实际情况 整定，防止 电 机 频 繁启 停 。 2 ． 3采样数据的采集与处理 为实现 电机各项精确 的保护功 能， 同时考虑到 便 于安装 ，选择高精度 、结构简单 、体 积小 、功能 完善 的穿心 式 电流 变换器 。通过 电流 变换器采集 电 流模拟量 经整流 、滤波后 转换 为电压 信号量，与交 流母线上采集 的电压信号量 同时送入 A／ D 转换器转 换 为数据 量 。对应 的模 拟量与转换 的数据量通过处 理可 得出模拟量 与数据量 的关系，即转换 的比例 系 数 。计 算 出电流 与数据量 的比例 系数， 即可 对电流 定 值进 行整 定 。 2 ． 4油泵和风机微机保护的实现 电流模拟量转换 为数字量，进行计算、判断，对 油泵和风机的断相、短路 过流 、速断 、过压 、欠 压 、过载等 故障进 行 自动识 别和保 护 。 1冷 却机组 的断相保 护 动作判据， a ≤， d 0 ．5 L ， 或， b ≤0 ．5 1 ， 或， c ≤0 ．5 1 2 式中， 。 、， 、， 为冷却机组相电流实际值 ；， 为断相 保护 整定 动作值 ；， 为冷却机 组额定 电流值 。 当冷 却机组 任意一相 电流值小于 断相保护 整定 值 ， 0 ． 5倍额定电流 时，即判断为机组断相，保 护 动作 切除该 故 障机组 。 2冷 却机组 的短路保 护 动作判据／≥， 出 5 ～ 6 ／ ，或， b ≥， 出 ，或／≥， 出 3 式中， 。 、， 、， 为冷却机组相电流实际值；， 为过流 2 0 0 5 年 7 期四圆2 3 维普资讯 变 压 器 技 术 或速断保护整定动作值；， 为冷 却机组额定电流值； 当冷却机 组任一相 电流值 大于过流或 速断保护 整定值 ， 5～6倍额定电流 时， 即判断为机组短 路 ，保护 动作切 除该 故 障机 组 。 3冷却机组 的过载保 护 动作判据 ≥ 1 ． 1 5 ，或 ≥ ，或， c ≥ 4 ≥3口 5 式 中， 、， 、， 为冷却机组相 电流实际值；， 为过载 保护整定动作值；， 为冷却机组额定电流值；T ． 为过 载允许 时 间； 口为过载 程度 时间调 整系数 。 当冷 却 机 组任 一 相 电 流值 大 于过 载 整 定值 ， 1 ． 1 5倍额定电流 ，且过载时 间达到过载允许 时间 时，即判断 为机组过载，保护动作切除该故障机组。 4冷 却机组 的过 压、欠压保 护 动作判据 u ≥U 1 ． 5 U ，或 ≥U d z ， 或 U ≥Ug d z 6 u 血 0 ． 5 U n ，或 血 ，或 血 7 式中U。 、U b 、U 为交流母线相电压实际值；U 为 过压保护整定动作值；U⋯ 为欠压保护整定动作值 ； 为额定交流母线相 电压值。 当交流 母线任一 相电压值 大于过压保 护整定动 作值或 小于欠压保护 整定动作值 时，即判断 为过压 或 欠压 ，保护动 作切 换 工作 电源 。 此 外为提高 系统 的可靠性 ，利用 工业微机 内部 计 时器 、计数器 、继 电器对所 有开 入逻辑量进行 滤 波 防抖处理，防止 因变压器油流 速继电器 、负 荷检 测 继电器等接点 抖动接触不 良及其它干扰信号 引起 的系统 误判 。并考 虑变 电站监 控系统 的需 求， 留有 与变电站监控 系统 的 串口， 串行 总线输 出可直 接用 于仪器仪表或计算机检测 标准 RS ． 4 8 5串行总线， MODBUS协议；可实现 “ 四遥 ” ， 以便和变电站监 控系统 进行 通信 和联 网远程操 作 。 3装置试验 采用现场 实际模拟试验 ，并根 据需要设定相 关 保 护定 值 。具体试 验 如下 1 手动 启停 试验 。控制装置 上电后，控制装 置 “ 停止”灯亮；按 “ 运行 ”键 ，则 “ 运行”灯亮， 启动 冷却机 组；按 “ 停 止” ， 则 “ 停止” 灯亮 ，退 出冷却 机组 。 。 2开关量启停试验 。控 制装置在 “ 停止”状 态，短接启动接点，“ 运行”灯亮，启动冷却机组 ； 人 为使 功率 开关故 障， “ 停 止” 灯亮， 退 出冷 却机 组 瞬 时短接复 位接 点， 故障信 号消 失 。 3冷却机组 自动切换 实验。 整定计 时脉 冲时 间值 、切换时间定值， 断开温度 的接点 ，启动 1台 机 组 。运行 到规定 时间 后冷却机 组之 间 自动 切换 。 运行 时间最短 的一 台冷 却机组运行 中，人 为退 2 4 四圜豳2 0 0 5 年7 期 出 或 模拟 故障 退 出 ， 则按运行 条件 启动 另一 台 目前运 行 时 间最 短 的机 组运 行 ， 退 出机 组又 投 入 时，立 即加入新 的排 队序列 ，按运行 累计 时 间进行 排序 启动 。 4速断保护试验 。整定速断保护定值 小于冷 却机组 额定工作 电流定值，手 动启动冷却机 组，速 断保 护动 作， 切除冷 却机 组 。 5过 流保护试验 。整定过流保护定值 小于冷 却机组额 定工作 电流定值，手动 启动冷却机 组，过 流保 护动 作， 切除冷 却机 组 。 6断相保护试验 。拆除冷却机 组任一相回路， 手动启动冷却机组，断相保护动作，切 除冷却机 组。 7过压 ／欠压保 护试验 。冷 却机组 交流母 线 电源停 用，接三 相调压器调 至设定值，过压 或欠压 保 护动作 ，切 换 工作 电源 。 4 结束语 采 用工业微机 与固态 交流保护开 关组成主 变风 冷 控制 系统， 充分 利用 了高可靠 、灵 活编程 控制 、 无机械触点 、无火 花、低 噪声 、耐震动、可靠性高、 接线 简单等优 点，实现 了冷 却机组在故 障和正常情 况 下的科学排序、正 常投切 以及过 流、过压 、欠压 、 速断保 护 半个 周波 ， 断相保护 ，过 载 的数字化 保 护；克服 了常规继 电器 控制装置 的功能单一 、无 有效 电机保 护、维护工作量 大等缺点 。 通 过这种高 可靠性 、数字 化的冷却控 制装置可实现 对变压器油 温的有效测 控，是传统 空气开关 、磁 力启动器 、交 流接触器 、降压 自耦 变、热元件 、漏 电开关 、断相 保 护等设备 的最佳换代产 品，从而确保 变压器的正 常运 行 寿 命， 提 高 电 网运 行 的安 全 可靠 性 和经 济 性 。因此 ，该装置在 电力 、石化 、冶金 、轻 工、煤 炭 、机械 制造等行业 的负载保护 、监 测控制 与大 功 率 负载驱 动 中有 良好 的应 用前 景 。 参考文献 ⋯ 朱善君． 可编程控系统原理应用维护． 清华大学出版社 【 2 1 虞鹤松． 可编程控系统原理与应用． 东南大学 出版社 f 3 1 陈治明． 电力电子器件基础． 机械工业出版社 f 4 1 顾廉楚． 中国电力半导体器件数据与运用手册． 机械工业出 版社 【 5 1 变压器强迫油循环风冷却控制回路改造． 湖北电力， 1 9 9 8 ， 3 f 6 ]发电厂电气部分． 华 中工学院． 电力工业出版社 f 7 1 陈德树． 计算及继电保护原理及技术 f 8 ] 张顺林，丁强． 微机保护在大型泵站的应用 f 9 1电力工业部． 电力变压器运行规程 D L ／ T 5 7 2今 5 ． 北京 中国电力 出版社 ，1 9 9 6 f 1 O ] 变压器手册编写组 电力变压器手册 沈阳 辽宁科学 技 术出版社 ，1 9 9 0 f 1 1 1 珠海泰坦 能源电子技术有 限公 司． S P S多功 能保护开关 使用说明书 维普资讯