勵磁變壓器冷卻系統改進技術方案研究

樓彬，包小兵，傅益垚

1.嘉興南洋職業技術學院，浙江嘉興，314031；2.緊水灘水力發電廠，浙江麗水，323000

0 引言

隨著社會的不斷進步，經濟迅猛發展，電力需求也不斷增加，對用電的安全性和可靠性也帶來了巨大的挑戰。變壓器作為電網系統中的重要組成部分，對安全用電起到至關重要的作用。而當前的變壓器運行壓力普遍較大，變壓器的材質結構、投運年限以及運行環境等都會對其造成影響，在運行過程中會產生大量的熱量，加速變壓器的絕緣老化，降低使用壽命[1]。冷卻系統是變壓器上的一個重要附屬設備，對變壓器乃至整個電網系統的正常運行起到重要作用。冷卻系統發生的最嚴重故障是全停事故，因不能及時散熱，變壓器油溫升高，進而導致電網系統不能正常健康運行，造成極其嚴重的后果[2]。因而，提升變壓器冷卻系統的散熱水平十分重要，防止因不良散熱導致變壓器損壞，避免不必要的損失。

目前，變壓器冷卻系統的主要冷卻方式有以下幾種：①油浸自冷式（ONAN）；②油浸風冷式（ONAF）；③強迫油循環風冷（OFAF）；④強迫油循環水冷（OFWF）；⑤強迫油循環導向循環冷卻（ODWF）[3-4]。結合緊水灘水力發電廠1號主變壓器的實際情況，冷卻系統采用強迫油循環風冷的冷卻方式。

對電力設備進行定期檢修，可以及時發現潛在的問題，避免造成嚴重的影響。變壓器運行一段時間后，在維護保養的過程中發現冷卻控制系統中的兩路電源自動切換回路和直流工作電源回路在設計上存在嚴重的缺陷，會造成變壓器產生油流帶電的風險，甚至發生冷卻器全停事故，引起電網系統報警、跳閘等惡性事件，嚴重威脅變壓器主設備乃至電網系統的安全、可靠運行。

1 工程概況

緊水灘水力發電廠1號主變壓器冷卻系統中，提供了兩路交流工作電源，當變壓器正常運行時，可以任意選擇一路電源作為主用，當某一路電源突然消失時，將自動切換并啟用另一路電源，從而使得冷卻系統能正常工作。由此可見，電源切換回路能保證變壓器的正常運行，提升整個電網系統的安全可靠性。

為保證冷卻系統的自動投入回路和交流電源切換回路能正常運行，在控制回路中設置了一路直流工作電源，從而為冷卻系統提供穩定的控制電源。冷卻系統的控制元器件及功能如表1所示，交流電源切換回路、直流電源回路、信號回路的具體接線如圖1所示。

圖1 改進前的控制回路

表1 回路控制元器件及功能

當Ⅰ路交流工作電源投入時，KK把手的①②、⑤⑥接通，③④、⑦⑧斷開。變壓器正常運行時，Ⅰ、Ⅱ兩路交流電源均有電壓，電壓繼電器1YJ、2YJ，時間繼電器1SJ、2SJ動作，中間繼電器1ZJ、2ZJ、交流接觸器1C相繼得電開始動作，相關聯的常開觸點閉合，常閉觸點斷開，冷卻系統由Ⅰ路交流電源供電。當Ⅰ路交流電源消失時，電壓繼電器1YJ、時間繼電器1SJ、中間繼電器1ZJ、交流接觸器1C相繼因失電復原，此時，接觸器2C開始動作，冷卻系統自動切換至Ⅱ路交流電源進行供電。

當Ⅱ路交流工作電源投入時，KK把手的設置與Ⅰ路交流工作電源投入時的設置剛好相反，冷卻系統由Ⅱ路交流電源供電，當Ⅱ路交流電源消失時，冷卻系統自動切換至Ⅰ路交流電源進行供電。根據以上分析得到，冷卻系統可以由Ⅰ路、Ⅱ路交流電源相互切換進行供電。

2 冷卻系統存在的問題

冷卻系統控制回路的作用是能夠維持變壓器在正常的溫度范圍內進行工作，保證設備良好的工況運行，避免冷卻系統全停事故的發生。分析圖1所示的回路，功能近乎完善，不影響設備的正常運行。但是，直流工作電源突然消失后，會導致中間繼電器1ZJ、2ZJ都因失電復原，常開觸點斷開，交流接觸器1C、2C同時失磁，兩路交流工作電源都將同時失電，冷卻系統不能正常運行，出現全停問題。這會帶來很多潛在的事故風險，造成不必要的損失。冷卻系統全停后，變壓器就需要減負荷工作甚至停運，因而運行和維護人員必須在最短的時間內查找原因，重新啟動冷卻系統。

直流工作電源消失后，中間繼電器ZJ因未得電，始終處于返回狀態，冷卻系統自動投入功能不能實現。但回路采用的是常閉觸點，直流工作電源失電后該觸點閉合，冷卻系統中的風扇不會對主設備產生影響，始終處于運行狀態。以上分析得出冷卻系統控制回路存在的問題：①直流工作電源消失將導致冷卻系統全停；②沒有直流電源監視信號。

3 冷卻系統的改進技術設計

當兩路交流電源都失電時，冷卻系統全停，為了杜絕此類事故的發生，針對冷卻系統控制回路存在的缺陷，我們擬采取以下對策。

3.1 避免直流電源回路對交流電源切換回路的影響

直流工作電源消失將導致冷卻系統全停，為了避免直流電源回路對交流電源切換回路的影響，可以通過降低直流繼電器對交流電源切換回路的控制來實現，如果直流繼電器不可避免地控制交流電源切換回路，需采用常閉觸點，當直流工作電源突然消失后，也不會導致冷卻系統全停。

分析冷卻系統自動投入回路，采用的是常閉觸點，可以不考慮它的影響，這一直流回路可以保留，不用去除。交流電源投入控制繼電器1ZJ、2ZJ采用交流型繼電器，分別改接到Ⅰ、Ⅱ段交流電源回路。圖1所示的時間繼電器1SJ、2SJ起到一個延時作用，主用電源失電與備用電源啟用之間有一個延時。近些年，新型的冷卻系統控制回路已經取消這項功能，可取消1SJ、2SJ兩個時間繼電器，不影響回路功能實現。通過回路分析設計，原1SJ、2SJ線圈改接為換型后的交流型繼電器1ZJ、2ZJ線圈，回路其他設計保持不變，交流電源自動切換功能就可以實現了。

3.2 增加直流電源監視信號

為了監測直流工作電源信號，可以增加直流電源監視繼電器，從而有效提取檢測過程中蘊含的信息，實現冷卻系統運行狀態的檢測和故障診斷。針對相關問題，改進后的交流電源切換回路、直流電源回路、信號回路的具體接線如圖2所示。中間繼電器1ZJ、2ZJ由DC 220V、ZJ2-4型替換為AC 220V、TH4013-0X型，JJ為新增的繼電器，作直流電源監視用，采用DC 220V、ZJ2-4型。

圖2 改進后的控制回路

根據圖2所示，直流電源回路中只包含了電源監視報警回路和冷卻系統自動投入回路，相比改進前的回路，功能更加完善，設計回路也更加簡化。直流工作電源突然消失后，繼電器JJ即可發出報警信號，及時通知運行和維護人員到場處理；同時，冷卻系統自動投入功能將失效，但不影響冷卻系統的風扇繼續運轉?；芈犯倪M后，冷卻系統不會因直流工作電源的消失而停止運轉，有效避免了冷卻系統全停事故的發生。

分析改進后的交流工作電源自動切換回路，以KK把手切在Ⅰ路電源為例。變壓器正常運行時，交流電壓繼電器1YJ、2YJ動作，常開觸點閉合，觸發中間繼電器1ZJ、2ZJ動作，常開觸點閉合，常閉觸點斷開，接觸器1C動作，2C不動作，冷卻系統由Ⅰ路交流電源供電。當Ⅰ路交流電源消失時，1YJ復原，常開觸點斷開，1ZJ復原，常開觸點斷開，常閉觸點閉合，接觸器2C動作，1C不動作，冷卻器自動切換到Ⅱ路交流電源。

經驗證試驗，改進后的回路較改進前的回路有了明顯的提升，直流工作電源消失后，冷卻系統也能正常運行，且電源自動切換都能正常運轉。

4 結語

提升變壓器冷卻系統的散熱水平十分重要，避免因不良散熱導致全停事故的發生，對電力設備進行定期檢修，及時發現問題，避免造成嚴重的影響。本文針對緊水灘水力發電廠1號主變壓器，對冷卻系統進行改進，消除了潛在的重大隱患，實現變壓器運行狀態的監測和故障診斷，經一段時間試驗后，設備運行良好，變壓器油面及繞組溫升滿足運行要求，避免了因冷卻系統全停導致油溫過熱而發生故障甚至破壞，充分證明了該改進技術方案是行之有效的。