变压器冷却器节能调整与改进

郭景文

【摘 要】随着电力变压器容量的增加，其自身所消耗的能量占整个发电能量的比重也越来越大，据估计，我国变压器的总损耗占系统总发电量的10%左右，如自身损耗每降低1%，每年可节约上百亿度电。变压器冷却器系统主要由多组变压器油循环油泵和空气循环风机组成，是变压器非常重要的辅助设备，其能否可靠投入运行以及不同的冷却器运行方式关系到变压器的实际带负荷能力，并直接影响其自身损耗的大小。变压器新型节能降噪冷却系统采用新的散热功能部件和散热方式，新的控制电路，在保障交换能力不下降的情况下，通过整式改装，降低风燥和机械噪声，从而达到综合节能降噪效果。

【关键词】变压器;冷却器;节能调整;改进

引言

目前，国内早期投产的大中型发电厂和变电站的变压器大多数采用强迫导向油循环风冷（ODAF）的冷却方式，即通过潜油泵强制把油箱体内的油从上部吸入带有风扇冷却的散热器，再从变压器的下部重新进入油箱体内，实现强迫导向油循环。这种冷却方式的优点是运行可靠性强、冷却效率高，其缺点是自动化运行程度较低、调整灵活性较差、电动机能耗较高。尤其在我国北方地区，由于每年一、四季度环境温度较低，为保证变压器内部温度均匀及油的有效循环，即使在上层油温很低的情况下，也要至少投入3～4组冷却器运行。

1变压器新型节能降噪冷却系统的研究设计

1.1冷却装置研制

冷却装置主要包含：风扇组、雾化器喷头、温度传感器、管道和线缆等。变压器原有的油管散热片组成的变压器散热器不做改动，采用带有消音通道的静音低功耗风扇组。将温度传感器安装在进油口、出油口和散热器中间各一个。设定一个温差值大于或等于Δt，根据温差值控制电机风扇转速（通风量）。根据散热效果启动和停止辅助冷却散热装置，雾化器喷头根据实际需要安装2～3个。

1.2控制系统开发

（1）雾化器控制

雾化器的工作模式需要配合风扇的工作模式，对于风扇组工作模式中的常开模式和备用模式，雾化器启动模式又分为常开模式或者自动模式。当风扇处于常开模式时，雾化器可设置为常开模式和自动模式。雾化器处于常开模式时，雾化器处于一直工作状态，能喷出雾状水雾，辅助降温;雾化器处于自动模式时，其喷雾操作需要根据检测温度值判断是否需要喷雾。

（2）触控屏功能

通过触控屏可设置每组雾化器的工作模式，能设置雾化器自动模式的温度阈值。并能通过触控屏上的菜单查询每组雾化器工作模式，雾化器自动模式的温度阈值，能将进油口、出油口温度实时显示在触控屏上，实时显示雾化器工作状态（是否喷雾）。

1.3控制箱设计

控制箱采用防尘、防水、防油、防锈的铝合金材質，外面有一个可自由开关的门，控制箱内放置计算机系统、触控屏以及风扇组继电器的装置，每个控制箱最多控制10组风扇工作，控制箱下端有一个线缆出口，所有与外界连接的线缆都从这里接出，并且必须有接地线与大地连接。

2变压器节能运行及冷却器控制策略

为了保证变压器安全、稳定、经济的运行，要随时检测变压器的油温并由冷却控制装置使其维持在一个固定的范围内。前面提出现有冷却器控制策略的不足，这些不足会造成冷却器运行不均衡，影响冷却器组的使用寿命，更不利于节能。文中冷却器控制系统是根据光纤温度传感器对环境温度及冷却器进出口油温实时采样和热路模型计算得到的数据，对变压器冷却器（冷却风扇）实现自动节能控制。流程图中tcy为采样时间，tsus为风扇最小运行时间，采样数据为环境因素（温度、日照、风速）、电压、电流、变压器分接开关位置等。关于冷却器控制策略的说明：（1）监测到温度会在t内超标时，并不立即打开风扇，而是发出注意监测信号，并设定一定时延。之后继续读取实时数据并计算，若在设定时延内计算温度始终超标，则在时延结束后增开风扇，此时算法中热阻改变，变为增开一定风扇后的热阻;若在时延内计算温度降低到预警以下，则时延后不必额外增加风扇台数。这样的好处是有效避免了冷却器的频繁开断。（2）对于冷却器的控制，由本系统记录每台冷却器的运行状态，平均分配每台冷却器（冷却风扇）开断次数，避免单台冷却器频繁开断的情况出现。（3）判断是否温度超标可能不止热点温度、线油温差（绕组平均温度-油平均温度）两个因素，还可能直接根据实测顶油温度判断，所以当考虑因素较多时，只要其中一个满足条件，则视为温度超标。

3新型节能降噪系统的创新点和取得的突破

新型节能降噪系统的创新主要有以下几点：（1）无需变压器停电、安全可靠、改造工作量小，不改动强迫油循环冷却器金属结构;（2）在散热量基本保持不变的情况下，将原有粗重的电机及风扇改为体积小、重量轻的多个静音小风扇矩阵组，有利于降噪和维护;（3）改变冷却风向，改向外排风为向内吸风，经过滤网后减少灰尘附着在散热管表面，提高风吹冷却效果;（4）在导风筒进风口安装消音防尘过滤网，避免灰尘、虫子附着在散热管表面形成的保温层，提高散热效果;（5）在冷却器空腔内向管状散热片间歇式喷雾状水，通过蒸发作用降温;（6）在散热效果不低于原冷却系统的情况下，选用功率小、转速低、体积重量小的风扇电机，降低风燥和机械噪声，达到节能降噪效果。

4新型节能降噪系统取得的成效和建议

本系统采用新的散热功能部件和散热方式，新的控制电路，降低了风燥和机械噪声，从而达到综合节能降噪效果。项目已完成合同中要求内容，完成了变压器冷却系统综合节能降噪设计，并且进行了实体制作安装，并对散热效果、降噪效果、节能效果测试，在孝感地区变电站现场进行了试运行，通过现场试验数据及结果证明，本系统能够在保障散热效果的前提下，大大减少噪声污染，在保障不降低主变冷却效果的情况下，较大降低能耗，并且通过优化设计，使得后期安装、检修、维护方便。

结语

冷却器节能运行控制策略的应用可以有效避免风机冷却能力过剩的现象，明显降低变压器自身损耗，在保证变压器温度阈值内促进冷却器以更可靠、高效的方式运行。

参考文献：

[1]程晓东，顾黎明，周晨.智能变压器冷却器控制系统的应用[J].浙江电力，2017（8）：9-11.

[2]邓世杰.大型变压器风冷却系统的自动控制[J].变压器，2016，40（10）：23-25.

[3]刘鉴民.传热传质原理及其在电力科技中的应用分析[M].北京：中国电力出版社，2016.

（作者单位：国网太原供电公司）