SFP-750000/50型变压器冷却器控制方案优化改造

李世辉，张 健，马 金

(1．河北省电力公司，石家庄 050021；2.神华河北国华定洲发电有限责任公司，河北 保定 073000；3.河北华电石家庄裕华热电有限公司，石家庄 051430)

变压器是变电站的主要设备，一般电能从发电厂输送至用户至少需要4级变压器。据统计，我国变压器总损耗占系统总发电量的10%左右，如果变压器损耗降低1%，全国每年可节约上百亿kWh的电能。

目前，变压器冷却器的节能控制策略大多是对冷却器风扇或潜油泵转速进行控制，根据油面温度和绕组温度调整风扇转速，来适应不同负荷及环境温度对变压器的需求[1]。有条件地区将冷却器从风冷改成水冷，可在一定程度上提高冷却效率，但局限性较大[2]；还有一些企业将风扇改造为高效率的叶片或采用更高效率的潜油泵，但这需要对变压器冷却器进行大规模改造，安全性可能受到影响[3]。文献[4]则综合对变压器冷却器组本身及冷却器启动进行改造，取得了较好的节能效果。从文献[1]提供的数据可以看出，如果对变压器冷却风扇适当进行改造，可以节能8%以上。通过对变压器冷却风扇长期观察，以下提出对变压器冷却器风扇及潜油泵进行分别控制的方案，来达到节能的目的。

1 冷却器运行状况分析

SFP-750000/50型变压器是电厂及变电站广泛采用的变压器之一。该变压器有6组冷却器，每组冷却器冷却容量为400 kW；有冷却风扇18台，每台风扇功率为1.5 kW；有6台潜油泵，每台功率为4 kW。正常情况下，该变压器冷却器采用3组运行，2组辅助，1组备用方式。当油面温度到达65 ℃或变压器负荷电流达到70%额定电流时，辅助风扇投入运行；当工作或辅助冷却器组任一组因故障停止运行时，备用冷却器组自动投入运行。

河北省南部电网地处北方地区，冬季较为寒冷，平均温度在-3 ℃以下，而且冬季是一年中负荷较低的季节，大多变电站及发电企业仍将变压器的3组冷却器成组投入运行，但此时室外温度很低，负荷较低，造成变压器油面温度经常低于40 ℃。随着负荷的升高，绕组电流也不断升高，当绕组电流升高至70%额定电流时，辅助风扇将自动启动，但此时油面温度及绕组温度仍很低，不需要额外的冷却容量(见图1)，造成冷却器无意义启动，增加能耗。

变压器负荷随电网参数的变化随时调整，加上四季及昼夜引起的环境温度的变化，均会对变压器油面温度产生影响。变压器油面温度的频繁及大幅度变化，对变压器内部结构产生冲击，引起某些部件松动，造成变压器声音异常，发热增加，甚至引起接地故障[5]。

图1 变压器绕组电流高于70%额定电流时油面温度及绕组温度

综上所述，采用粗放式的冷却器投停方法，将对变压器的安全、经济运行和使用寿命产生较大影响，因此对变压器实施有效的温度控制是极其必要的。可以通过对变压器冷却系统控制回路进行设计改造，优化变压器冷却设备的投运方式，在达到控制变压器油面温度的同时实现节能的目的。在冬季寒冷时节，冷却器油泵保持运行，将风扇电机停用，以强油循环自然风冷的方式对变压器进行冷却；在春秋季节，可以合理调配冷却器运行方式，减少冷却器风扇电机运行数量，这样既可控制变压器运行温度在合理范围之内，又达到节能降耗的目的。

2 冷却器控制方案优化改造

在保证变压器安全、可靠、稳定运行的情况下，对变压器冷却器的运行方式进行控制优化。采用PLC将工作组冷却器的潜油泵和风扇电机分开控制。采集变压器温度变化情况，通过温度控制器热电阻变化，单独启停单组工作组冷却器及风扇电机。

假设第1、3、5组冷却器运行，第2、6组冷却器在辅助位，第4组冷却器在备用位。低负荷且油面温度较低时，单独启动第1、3、5组冷却器的潜油泵；当油面温度达到60 ℃时，启动第1组冷却器的1号冷却风扇；当温度继续上升时，可以启动第3组冷却器1号冷却风扇，将温度降低至55 ℃以下；如果油面温度继续上升，可以依次启动51、12、32、52、13、33、53冷却风扇；当温度持续上升，则依次启动第2组冷却器潜油泵，第6组冷却器潜油泵，21、61、22、62、23、63冷却风扇。变压器冷却器启动控制逻辑，见图2。

图2 变压器冷却器启动控制逻辑

当负荷降低时，可以顺次停止63、23、62、22、61、21冷却风扇，第6组冷却器潜油泵，第2组冷却器潜油泵，53、33、13、52、32、12、51、31、11冷却风扇。第1、3、5组冷却器的潜油泵持续运行。变压器冷却器停止控制逻辑，见图3。

图3 变压器冷却器停止控制逻辑

3 节能效果分析

以某发电集团为例，该集团北方运营8个发电

公司，运行23台主变压器，共有冷却器112组，其中工作冷却器66组，备用和辅助冷却器各23组。通过对8个发电公司运行数据进行统计分析，采用以上冷却器控制方案改造措施，每台主变压器1年内至少可以停用1组冷却器4.5个月。已知，23组冷却器风扇电机容量为250.4 kW，则23台主变压器每年至少可节约电能250.4 kW×24 h×30×4.5≈81万kWh，电价以0.52元/kWh计算，每年可节约42.1万元。

由于有的地区主变压器在冬季可停用的冷却器组数会更多，加上春秋季节的优化调节，所以具体实施后节电降耗效果将会更可观。

4 结束语

变压器冷却系统采用以上优化控制方案，可使变压器油面温度保持在55～60 ℃，既可以保证变压器油运行在最佳绝缘强度状态，同时又降低了变压器冷却系统运行能耗，达到了节能减排的目的，在长江以北区域有广泛的推广价值。随着电力行业改革的不断深化，电力企业逐步由生产型向经营型转变，提高企业效益，降低成本将是经营型企业长期坚持的目标，为此节能降耗工作便成为生产经营管理的重要内容。变压器设备由于受环境温度及负荷的影响，油面温度变化较大，通过精细调节变压器冷却器及风扇电机的运行数量，可达到变压器节能的目的。

参考文献：

[1] 张秀芝.基于PLC的主变强迫油循环风冷系统在水布哑电站的应用[J].电气应用,2008,27(21)：66-69.

[2] 余维坤.大型变压器冷却器的维护和改造[J].变压器,2001,38(12):33-36.

[3] 郑 岩.大型电力变压器冷却系统的改造[J].变压器,1997,34(2):34-35.

[4] 方结郎.变压器冷却器组温控改善[J].电力短波，2010(8):21-23.

[5] 张友良.论述高压变压器冷却方式OFAF和ODAF的比较[J].科学技术,2010(6)：9.