SFP-750000/50型變壓器冷卻器控制方案優化改造

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備，一般電能從發電廠輸送至用戶至少需要4級變壓器。據統計，我國變壓器總損耗占系統總發電量的10%左右，如果變壓器損耗降低1%，全國每年可節約上百億kWh的電能。

目前，變壓器冷卻器的節能控制策略大多是對冷卻器風扇或潛油泵轉速進行控制，根據油面溫度和繞組溫度調整風扇轉速，來適應不同負荷及環境溫度對變壓器的需求[1]。有條件地區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，取得了較好的節能效果。從文獻[1]提供的數據可以看出，如果對變壓器冷卻風扇適當進行改造，可以節能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。

河北省南部電網地處北方地區，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，大多變電站及發電企業仍將變壓器的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。

變壓器負荷隨電網參數的變化隨時調整，加上四季及晝夜引起的環境溫度的變化，均會對變壓器油面溫度產生影響。變壓器油面溫度的頻繁及大幅度變化，對變壓器內部結構產生沖擊，引起某些部件松動，造成變壓器聲音異常，發熱增加，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、經濟運行和使用壽命產生較大影響，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控制回路進行設計改造，優化變壓器冷卻設備的投運方式，在達到控制變壓器油面溫度的同時實現節能的目的。在冬季寒冷時節，冷卻器油泵保持運行，將風扇電機停用，以強油循環自然風冷的方式對變壓器進行冷卻；在春秋季節，可以合理調配冷卻器運行方式，減少冷卻器風扇電機運行數量，這樣既可控制變壓器運行溫度在合理范圍之內，又達到節能降耗的目的。

2 冷卻器控制方案優化改造

在保證變壓器安全、可靠、穩定運行的情況下，對變壓器冷卻器的運行方式進行控制優化。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；如果油面溫度繼續上升，可以依次啟動51、12、32、52、13、33、53冷卻風扇；當溫度持續上升，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 節能效果分析

以某發電集團為例，該集團北方運營8個發電

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個發電公司運行數據進行統計分析，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，每年可節約42.1萬元。

由于有的地區主變壓器在冬季可停用的冷卻器組數會更多，加上春秋季節的優化調節，所以具體實施后節電降耗效果將會更可觀。

4 結束語

變壓器冷卻系統采用以上優化控制方案，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，同時又降低了變壓器冷卻系統運行能耗，達到了節能減排的目的，在長江以北區域有廣泛的推廣價值。隨著電力行業改革的不斷深化，電力企業逐步由生產型向經營型轉變，提高企業效益，降低成本將是經營型企業長期堅持的目標，為此節能降耗工作便成為生產經營管理的重要內容。變壓器設備由于受環境溫度及負荷的影響，油面溫度變化較大，通過精細調節變壓器冷卻器及風扇電機的運行數量，可達到變壓器節能的目的。

參考文獻：

[1] 張秀芝.基于PLC的主變強迫油循環風冷系統在水布啞電站的應用[J].電氣應用,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的改造[J].變壓器,1997,34(2):34-35.

[4] 方結郎.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].科學技術,2010(6)：9.