SFP-750000/50型變壓器冷卻器控制方案優(yōu)化改造

李世輝，張 健，馬 金

(1．河北省電力公司，石家莊 050021；2.神華河北國華定洲發(fā)電有限責任公司，河北 保定 073000；3.河北華電石家莊裕華熱電有限公司，石家莊 051430)

變壓器是變電站的主要設(shè)備，一般電能從發(fā)電廠輸送至用戶至少需要4級變壓器。據(jù)統(tǒng)計，我國變壓器總損耗占系統(tǒng)總發(fā)電量的10%左右，如果變壓器損耗降低1%，全國每年可節(jié)約上百億kWh的電能。

目前，變壓器冷卻器的節(jié)能控制策略大多是對冷卻器風扇或潛油泵轉(zhuǎn)速進行控制，根據(jù)油面溫度和繞組溫度調(diào)整風扇轉(zhuǎn)速，來適應(yīng)不同負荷及環(huán)境溫度對變壓器的需求[1]。有條件地區(qū)將冷卻器從風冷改成水冷，可在一定程度上提高冷卻效率，但局限性較大[2]；還有一些企業(yè)將風扇改造為高效率的葉片或采用更高效率的潛油泵，但這需要對變壓器冷卻器進行大規(guī)模改造，安全性可能受到影響[3]。文獻[4]則綜合對變壓器冷卻器組本身及冷卻器啟動進行改造，取得了較好的節(jié)能效果。從文獻[1]提供的數(shù)據(jù)可以看出，如果對變壓器冷卻風扇適當進行改造，可以節(jié)能8%以上。通過對變壓器冷卻風扇長期觀察，以下提出對變壓器冷卻器風扇及潛油泵進行分別控制的方案，來達到節(jié)能的目的。

1 冷卻器運行狀況分析

SFP-750000/50型變壓器是電廠及變電站廣泛采用的變壓器之一。該變壓器有6組冷卻器，每組冷卻器冷卻容量為400 kW；有冷卻風扇18臺，每臺風扇功率為1.5 kW；有6臺潛油泵，每臺功率為4 kW。正常情況下，該變壓器冷卻器采用3組運行，2組輔助，1組備用方式。當油面溫度到達65 ℃或變壓器負荷電流達到70%額定電流時，輔助風扇投入運行；當工作或輔助冷卻器組任一組因故障停止運行時，備用冷卻器組自動投入運行。

河北省南部電網(wǎng)地處北方地區(qū)，冬季較為寒冷，平均溫度在-3 ℃以下，而且冬季是一年中負荷較低的季節(jié)，大多變電站及發(fā)電企業(yè)仍將變壓器的3組冷卻器成組投入運行，但此時室外溫度很低，負荷較低，造成變壓器油面溫度經(jīng)常低于40 ℃。隨著負荷的升高，繞組電流也不斷升高，當繞組電流升高至70%額定電流時，輔助風扇將自動啟動，但此時油面溫度及繞組溫度仍很低，不需要額外的冷卻容量(見圖1)，造成冷卻器無意義啟動，增加能耗。

變壓器負荷隨電網(wǎng)參數(shù)的變化隨時調(diào)整，加上四季及晝夜引起的環(huán)境溫度的變化，均會對變壓器油面溫度產(chǎn)生影響。變壓器油面溫度的頻繁及大幅度變化，對變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生沖擊，引起某些部件松動，造成變壓器聲音異常，發(fā)熱增加，甚至引起接地故障[5]。

圖1 變壓器繞組電流高于70%額定電流時油面溫度及繞組溫度

綜上所述，采用粗放式的冷卻器投停方法，將對變壓器的安全、經(jīng)濟運行和使用壽命產(chǎn)生較大影響，因此對變壓器實施有效的溫度控制是極其必要的。可以通過對變壓器冷卻系統(tǒng)控制回路進行設(shè)計改造，優(yōu)化變壓器冷卻設(shè)備的投運方式，在達到控制變壓器油面溫度的同時實現(xiàn)節(jié)能的目的。在冬季寒冷時節(jié)，冷卻器油泵保持運行，將風扇電機停用，以強油循環(huán)自然風冷的方式對變壓器進行冷卻；在春秋季節(jié)，可以合理調(diào)配冷卻器運行方式，減少冷卻器風扇電機運行數(shù)量，這樣既可控制變壓器運行溫度在合理范圍之內(nèi)，又達到節(jié)能降耗的目的。

2 冷卻器控制方案優(yōu)化改造

在保證變壓器安全、可靠、穩(wěn)定運行的情況下，對變壓器冷卻器的運行方式進行控制優(yōu)化。采用PLC將工作組冷卻器的潛油泵和風扇電機分開控制。采集變壓器溫度變化情況，通過溫度控制器熱電阻變化，單獨啟停單組工作組冷卻器及風扇電機。

假設(shè)第1、3、5組冷卻器運行，第2、6組冷卻器在輔助位，第4組冷卻器在備用位。低負荷且油面溫度較低時，單獨啟動第1、3、5組冷卻器的潛油泵；當油面溫度達到60 ℃時，啟動第1組冷卻器的1號冷卻風扇；當溫度繼續(xù)上升時，可以啟動第3組冷卻器1號冷卻風扇，將溫度降低至55 ℃以下；如果油面溫度繼續(xù)上升，可以依次啟動51、12、32、52、13、33、53冷卻風扇；當溫度持續(xù)上升，則依次啟動第2組冷卻器潛油泵，第6組冷卻器潛油泵，21、61、22、62、23、63冷卻風扇。變壓器冷卻器啟動控制邏輯，見圖2。

圖2 變壓器冷卻器啟動控制邏輯

當負荷降低時，可以順次停止63、23、62、22、61、21冷卻風扇，第6組冷卻器潛油泵，第2組冷卻器潛油泵，53、33、13、52、32、12、51、31、11冷卻風扇。第1、3、5組冷卻器的潛油泵持續(xù)運行。變壓器冷卻器停止控制邏輯，見圖3。

圖3 變壓器冷卻器停止控制邏輯

3 節(jié)能效果分析

以某發(fā)電集團為例，該集團北方運營8個發(fā)電

公司，運行23臺主變壓器，共有冷卻器112組，其中工作冷卻器66組，備用和輔助冷卻器各23組。通過對8個發(fā)電公司運行數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用以上冷卻器控制方案改造措施，每臺主變壓器1年內(nèi)至少可以停用1組冷卻器4.5個月。已知，23組冷卻器風扇電機容量為250.4 kW，則23臺主變壓器每年至少可節(jié)約電能250.4 kW×24 h×30×4.5≈81萬kWh，電價以0.52元/kWh計算，每年可節(jié)約42.1萬元。

由于有的地區(qū)主變壓器在冬季可停用的冷卻器組數(shù)會更多，加上春秋季節(jié)的優(yōu)化調(diào)節(jié)，所以具體實施后節(jié)電降耗效果將會更可觀。

4 結(jié)束語

變壓器冷卻系統(tǒng)采用以上優(yōu)化控制方案，可使變壓器油面溫度保持在55～60 ℃，既可以保證變壓器油運行在最佳絕緣強度狀態(tài)，同時又降低了變壓器冷卻系統(tǒng)運行能耗，達到了節(jié)能減排的目的，在長江以北區(qū)域有廣泛的推廣價值。隨著電力行業(yè)改革的不斷深化，電力企業(yè)逐步由生產(chǎn)型向經(jīng)營型轉(zhuǎn)變，提高企業(yè)效益，降低成本將是經(jīng)營型企業(yè)長期堅持的目標，為此節(jié)能降耗工作便成為生產(chǎn)經(jīng)營管理的重要內(nèi)容。變壓器設(shè)備由于受環(huán)境溫度及負荷的影響，油面溫度變化較大，通過精細調(diào)節(jié)變壓器冷卻器及風扇電機的運行數(shù)量，可達到變壓器節(jié)能的目的。

參考文獻：

[1] 張秀芝.基于PLC的主變強迫油循環(huán)風冷系統(tǒng)在水布啞電站的應(yīng)用[J].電氣應(yīng)用,2008,27(21)：66-69.

[2] 余維坤.大型變壓器冷卻器的維護和改造[J].變壓器,2001,38(12):33-36.

[3] 鄭 巖.大型電力變壓器冷卻系統(tǒng)的改造[J].變壓器,1997,34(2):34-35.

[4] 方結(jié)郎.變壓器冷卻器組溫控改善[J].電力短波，2010(8):21-23.

[5] 張友良.論述高壓變壓器冷卻方式OFAF和ODAF的比較[J].科學(xué)技術(shù),2010(6)：9.