浅析丰满重建工程智能变压器冷却器的应用与调试

白锦

[摘    要]电力系统由发电、变电、输电、配电、用电等环节组成，其中变压器是一个十分重要的元件，它的安全运行对电力系统起着十分重要的作用。变压器在运行过程中，绕组中的铜耗和铁芯中的铁耗都转变为热能，使变压器各个部分的温度升高，变压器的使用寿命主要由绝缘老化程度决定，绝缘老化主要是由温度变化造成的。在大容量油浸变压器中，主要采用自然油循环风冷、强迫油循环风冷和强迫油循环水冷三种冷却方式，其中绝大部分采用自然油循环风冷和强迫油循环风冷冷却方式。变压器风冷智能控制柜就是针对着三种冷却方式而设计的智能型控制柜。

[关键词]冷却器;报警;变压器;试验;控制模式

[中图分类号]TM403.9 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）11–00–04

Analysis of the Application and Commissioning of Intelligent Transformer Cooler

Bai Jin

[Abstract]The power system is composed of power generation， power transformation， power transmission， power distribution and power consumption， among which the transformer is a very important element， and its safe operation plays a very important role in the power system.During the operation of the transformer， the copper consumption in the winding and the iron consumption in the iron core are changed into heat energy， raising the temperature of each part of the transformer. The service life of the transformer is mainly determined by the degree of insulation aging， and the insulation aging is mainly caused by the temperature change.In the large-capacity oil immersed transformer， three main cooling methods， forced oil circulating air cooling， most of which adopt natural oil circulating air cooling and forced oil circulating air cooling methods.Transformer air cooling intelligent control cabinet is an intelligent control cabinet designed for the three cooling modes.

[Keywords]cooler; alarm; transformer; test; control mode

1 概述

豐满重建工程六台机组选用型号为SFP-240000/500的三相变压器，额定容量240 000 kVA，额定电压为（×2.5%）/15.75 kV，额定功率为50 Hz，联接组标号YNd11，短路阻抗15 %，中性点接地方式为直接接地，主变冷却器选用风冷冷却器，冷却器在机组开机同期合闸成功后自动启动，通过负荷、油温来控制备用冷却器的投入与退出。经调试发现，变压器在冬季运行时，冷却器的油流继电器因北方温度太低，造成油凝无法冲开油流继电器，在运行过程中可能会出现冷却器全停跳机的危险。因此，冬季运行需退掉油流继电器的干节点，经提议厂家设计经硬压板控制是否采集油流节点反馈，并应用于现场冷却器控制柜中。

JY-BQFK智能型变压器冷却控制柜采用可编程控制器PLC作为主要的控制核心，触摸屏作为人机界面，交流接触器或无触点开关作为功率执行元件，断路器、相序缺相继电器作为保护元件，通过触摸屏设置运行参数，根据变压器顶层油温和运行负荷信号投入和退出相应模式的冷却器，将运行中的故障信息通过通信口和故障接点远传，同时将信息整理存储于触摸屏，可借助“报警记录”选项查明具体的故障时间、故障内容，也可定时自动轮换工作电源和冷却器运行模式。实现了控制自动化、状态信息化、显示与操作人性化。

2 系统功能

2.1 冷却器工作电源监控投切及定时轮换

（1）系统采用两路站用变低压侧相互独立且互为备用的电源供电。

（2）两路工作电源的切换有手动选择和自动轮换两种方式可供用户选择。

（3）对工作电源进行失电、短路、缺相监测。当Ⅰ段或Ⅱ段电源发生故障，备用电源自动投入，同时“Ⅰ电源故障”或“Ⅱ电源故障”指示灯亮并发出“Ⅰ电源故障”或“Ⅱ电源故障”的远方信号，触摸屏显示故障内容。故障修复后自动解除报警，同时保存故障记录。

（4）正常工作时，为了更好地保护进线电源，Ⅰ、Ⅱ段电源的主备用切换由触摸屏设置，循环周期经PLC控制实现，切换周期用户可自行设置，一般出厂设置为30 d，当PLC故障时，可手动实现切换。系统工作原理如图1所示。

2.2 按变压器运行状态启停冷却器

（1）变压器投入运行，必须投入冷却器，保证至少有一组冷却器处于工作状态（由触摸屏转换开关选择所需投入的冷却器）。

（2）通过变压器负荷及油温信号进行冷却器投切。当检测到运行中的变压器上层油温上升至高于55 ℃或变压器负荷达到整定值时，处于“辅助”（触摸屏中设置）状态冷却器依次延时启动（延时时间不得小于30 s），当温度降至45 ℃以下时，处于“辅助”状态的冷却器退出运行。

2.3 备用冷却器投入

冷却器运行过程中，如果“工作”或“辅助”状态的冷却器在任何一组发生故障时，处于“备用”状态的冷却器会投入运行，同时发出“冷却器故障”的远方信号，就近显示故障内容。修复故障后，“备用”状态冷却器退出运行，故障信号消失，同时保存故障记录。

2.4 冷却器全停延时跳闸

当变压器运行时，Ⅰ、Ⅱ段电源消失或所有冷却器都未运行，此时发出“冷却器全停故障”故障报警和远方信号的同时，启动20 min和60 min延时跳闸。计时20 min后，如主变上层油温高于75 ℃时，发出跳闸信号;当主变上层油温低于75 ℃时，60min后发出跳闸信号。

2.5 冷却器模式定时轮换

将冷却器工作状态分为“工作”“辅助”“停止”“备用”4种模式。能够实现冷却器的分时逐台投入的策略，避免同时投入多组冷却器，为此设计了冷却器运行模式定时轮换功能，以防止变压器油流带电造成瓦斯动作等的现象。按照触摸屏设置的时间，自动轮换冷却器运行模式。

2.6 故障告警

当冷却器控制柜检测到故障时会发出告警信号：I段电源故障，II段电源故障，冷却器故障，冷却器全停故障，控制电源消失或PLC故障等。报警形式为故障指示灯亮或者无源接点和串行通信等形式。

2.7 故障记录和信息查询

触摸屏完成参数设置功能之外还可以记录故障报警发生的具体内容，如故障报警发生时间，故障报警恢复时间，故障报警内容，通过触摸屏下拉滑块查询。

2.8 柜内温湿度自动控制

柜内安装了JY-TW3型温湿度控制器、电加热器及轴流风机，根据柜内的环境温度和湿度自动调节柜内湿度和温度。

2.9 触摸屏

触摸屏安装于箱体内门面板，通过通信与PLC连接。可在显示画面查阅系统相关的运行状态信息和详细的故障信息，并进行参数设置。

3 工作模式及实现

装置有3种控制模式：手动（控制开关点对点控制）、自动（PLC智能自适应控制）、远方控制（DCS开关量点对点控制或通信循环方式控制）。

3.1 手动控制模式

在手动模式下，需要工作人员在现场进行操作，通过内门转换开关设置冷却器运行状态。此时冷却器的工作状态不受变压器负荷电流或油温等因素影响，并脱离PLC的控制。此种工作模式为检修人员或运行人员检修时或采取应急措施时设置。

3.2 自动控制模式

在自动模式下，通过PLC及触摸屏预设相应工作程序设定冷却器的运行模式、冷却器全停延时跳闸时间、电源自动轮换时间和冷却器运行模式轮换时间，还可以灵活设置冷却器为“工作”“辅助”“备用”“停止”4种运行模式，以达到最优控制和延长设备使用寿命的目的。

控制柜利用PLC可编程逻辑控制技术，在装置运行过程中，通过检测变压器上层油温、变压器绕温、变压器负荷的变化、变压器三侧开关位置信号、油流继电器信号、转换开关位置信号以及所有设备的运行和故障情况，并根据控制策略随时调节，实现了双电源切換和冷却器自动投入和切换的智能化，实现进线电源故障告警、冷却器故障告警、冷却器组全停告警、PLC故障告警及冷却器组全停延时跳闸控制。以达到变压器的最佳冷却和智能冷却，并且实现节能的目的。

当PLC发生故障时，通过多路延时模块逐台延时启动冷却器使其自动运行并发出告警信号。

3.3 远方控制模式

在远方控制模式下，远方控制室可以监测每组冷却器的运行情况，并可以远方启动、停止相对应冷却器。

3.4 自动温湿度控制

为了保证控制柜内部温湿度环境，柜体内加装了自动温湿度控制器，可以根据设置自动调节柜内温度和湿度，避免由于低温、高温或潮湿等因素造成柜内电器元件损坏从而影响整个系统的运行。

3.5 照明控制

当柜门打开时，自动启动照明回路，照明灯亮，关上柜门后，照明灯自动熄灭。

4 电气操作与调试

4.1 接线

控制柜内部线路厂家在出厂时已全部接通调试完成，外接电源、油泵风机电机电源、运行报警信号及DCS控制信号的连接，由调试人员按照控制柜内标识及接线图纸接线。

（1）接线确保正确，检查各电源回路有无短路、断路现象。

（2）各接线确保牢固。

（3）各接地线需牢靠搭接。

4.2 投运操作步骤

4.2.1 手动投运

（1）上电前请检查接线端子的接线是否完成，接线是否正确、牢固，所有开关都处于关状态。

（2）检查两路主电源及控制电源已送至控制箱。

（3）将变压器联锁投入转换开关HKK切至“试验”位置，电源选择转换开关KK切至“停止”位置;手自动选择转换开关KK1～KKn切至“停止”位置，用万用表检测引自现场控制电源电压是否正确，如果无误将控制电源的断路器打至闭合状态，如果不正确则检查控制电源进线回路。

（4）用万用表检测各风机、油泵电机相间和对地电阻，确保电机不存在相间或对地短路，如果检查无误合上各风机油泵回路断路器。

（5）电源转换开关KK切换至“I电源”或“II电源”位置，查看面板电源运行指示灯1XD、2XD是否正常显示。正常后方可投入冷却器。

（6）将各组冷却器手自动选择转换开关KK1～KKn逐个切至“工作”位置，启动相应冷却器组，然后再将其逐个切至“停止”位置，退出相应冷却器组，查看各组冷却器是否能够正常工作。

4.2.2 自动投运

（1）如手动投运无问题，可将控制电源断路器打至闭合状态。

（2）检查PLC模块“RUN”绿灯状态，如果点亮表明PLC已进入运行状态，此时可进行自动运行设置。

（3）将电源选择转换开关KK切至“自动”位置。

（4）变压器联锁投入转换开关HKK切至“工作”位置，就地/远方转换开关切换至“就地”位置。

（5）将各组冷却器手自动选择转换开关KK1-KKn切至“自动”位置。此时冷却器处于自动运行状态。注意冷却器处于运行状态时，各冷却器组的运行模式需由触摸屏设定。

4.2.3 远方投运

（1）冷却器自动投运正常后，将就地/远方转换开关切换至“远方”位置，变压器联锁投入转换开关HKK及各组冷却器手自动选择转换开关KK1-KKn仍设为“自动”位置，此时冷却器处于DCS控制。

（2）在DCS系统点击相对应冷却器启停按钮，可启停对应冷却器。注意冷却器处于远方控制时，不受触摸屏设置参数影响。

4.2.4 加热照明投运

（1）使加热照明回路开关QA处于闭合状态，检查系统工作情况是否正常，各指示灯显示是否正常。

（2）通过面板除潮通风转换开关选择控制柜内加热器、风机手动运行或自动运行状态。

（3）柜内照明等通过门沿上行程开关控制，门打开时照明灯自动亮。

刀闸禁止带负荷操作：当风冷控制柜投入运行时，母联刀闸禁止带负荷操作，以免发生伤亡事故。

系统状态设定：系统自动运行时，必须将变压器联锁投入转换开关HKK切至“工作”位置，否则将影响变压器的安全运行。

刀闸必须合到位：当风冷控制柜投入运行时，母联刀闸必须合到位保证供电正常无误，否则将影响变压器的安全运行。接地线和设备接地附件可靠搭接。

5 检修与维护

5.1 维护保养

（1）本控制柜对环境适应能力强，但如果条件允许，定期清理柜内尘土，保证运行环境。

（2）触摸屏为可编程控制器的人机界面，可直接反映设备的工作状况，对冷却器运行模式进行分配，对冷却器全停延时跳闸时间进行设置，对冷却器运行模式自动转换时间进行设置，对一电源和二电源自动轮换时间进行设置，触摸屏内部存储与设备运行有关的参数，所以触摸屏的断电不影响PLC的正常工作;可根据实际情况调整“工作”“辅助”“备用”“停止”冷却器数量，保证资源分配合理。

（3）维护I段或II段电源的主交流接触器;可在主变运行时进行，此时检修人员可以通过拉开联络刀闸（刀闸不允许带负荷拉开）手动指定I段或II段电源工作，来实现部分冷却器的运行及柜内冷却器控制回路的维护检修工作。

（4）维护各冷却器回路接触器;断开需维护冷却器回路的断路器，可直接拆除接触器检修，不会由一个器件的解除而导致所有的冷却器全停。

5.2 故障排除方法

系统日常维护简单，运行人员只要在主控室检测其状态信号即可，系统实时对自身及外围潜在故障进行检测和判断。设备运行时如发出远方故障信号，系统常见故障检测和处理办法见表1。

6 结语

电气安装施工过程中，变压器的调试是确保安全运行的重要保障。结合在丰满重建工程中的安装情况，应采用科学合理的调试方法开展检测，保障变压器的正常運行，应用该项智能控制系统，可以实现远方自动和手动控制方式，并可以把各种信息上传显示和下行控制设定，对变压器整个冷却系统实现最优控制，达到节能和延长散热器使用寿命的目的。

参考文献

[1] 电气设备额定电流：GB 7621—1981[S].

[2] 低压成套装置中的指示灯和按钮颜色：GB/T 2682—1981[S].

[3] 低压成套装置中的导线颜色：GB/T 2681—1981[S].

[4] 低压配电设计规范：GB 50054—1995[S].

[5] 低压成套开关设备：GB 7251[S].

[6] 低压成套开关设备和控制设备：GB 7251—1997[S].

[7] 低压成套开关设备和控制设备：IEC439[S].

[8] 低压电器符合：IEC947，VDE0660，GB14048[S].

[9] 电力变压器运行规程：DL/T572-95[S].

[10] 电力系统继电保护柜、屏通用技术条件：DL/T720-2000[S].