變壓器冷卻器節能調整與改進

郭景文

【摘 要】隨著電力變壓器容量的增加，其自身所消耗的能量占整個發電能量的比重也越來越大，據估計，我國變壓器的總損耗占系統總發電量的10%左右，如自身損耗每降低1%，每年可節約上百億度電。變壓器冷卻器系統主要由多組變壓器油循環油泵和空氣循環風機組成，是變壓器非常重要的輔助設備，其能否可靠投入運行以及不同的冷卻器運行方式關系到變壓器的實際帶負荷能力，并直接影響其自身損耗的大小。變壓器新型節能降噪冷卻系統采用新的散熱功能部件和散熱方式，新的控制電路，在保障交換能力不下降的情況下，通過整式改裝，降低風燥和機械噪聲，從而達到綜合節能降噪效果。

【關鍵詞】變壓器;冷卻器;節能調整;改進

引言

目前，國內早期投產的大中型發電廠和變電站的變壓器大多數采用強迫導向油循環風冷（ODAF）的冷卻方式，即通過潛油泵強制把油箱體內的油從上部吸入帶有風扇冷卻的散熱器，再從變壓器的下部重新進入油箱體內，實現強迫導向油循環。這種冷卻方式的優點是運行可靠性強、冷卻效率高，其缺點是自動化運行程度較低、調整靈活性較差、電動機能耗較高。尤其在我國北方地區，由于每年一、四季度環境溫度較低，為保證變壓器內部溫度均勻及油的有效循環，即使在上層油溫很低的情況下，也要至少投入3～4組冷卻器運行。

1變壓器新型節能降噪冷卻系統的研究設計

1.1冷卻裝置研制

冷卻裝置主要包含：風扇組、霧化器噴頭、溫度傳感器、管道和線纜等。變壓器原有的油管散熱片組成的變壓器散熱器不做改動，采用帶有消音通道的靜音低功耗風扇組。將溫度傳感器安裝在進油口、出油口和散熱器中間各一個。設定一個溫差值大于或等于Δt，根據溫差值控制電機風扇轉速（通風量）。根據散熱效果啟動和停止輔助冷卻散熱裝置，霧化器噴頭根據實際需要安裝2～3個。

1.2控制系統開發

（1）霧化器控制

霧化器的工作模式需要配合風扇的工作模式，對于風扇組工作模式中的常開模式和備用模式，霧化器啟動模式又分為常開模式或者自動模式。當風扇處于常開模式時，霧化器可設置為常開模式和自動模式。霧化器處于常開模式時，霧化器處于一直工作狀態，能噴出霧狀水霧，輔助降溫;霧化器處于自動模式時，其噴霧操作需要根據檢測溫度值判斷是否需要噴霧。

（2）觸控屏功能

通過觸控屏可設置每組霧化器的工作模式，能設置霧化器自動模式的溫度閾值。并能通過觸控屏上的菜單查詢每組霧化器工作模式，霧化器自動模式的溫度閾值，能將進油口、出油口溫度實時顯示在觸控屏上，實時顯示霧化器工作狀態（是否噴霧）。

1.3控制箱設計

控制箱采用防塵、防水、防油、防銹的鋁合金材質，外面有一個可自由開關的門，控制箱內放置計算機系統、觸控屏以及風扇組繼電器的裝置，每個控制箱最多控制10組風扇工作，控制箱下端有一個線纜出口，所有與外界連接的線纜都從這里接出，并且必須有接地線與大地連接。

2變壓器節能運行及冷卻器控制策略

為了保證變壓器安全、穩定、經濟的運行，要隨時檢測變壓器的油溫并由冷卻控制裝置使其維持在一個固定的范圍內。前面提出現有冷卻器控制策略的不足，這些不足會造成冷卻器運行不均衡，影響冷卻器組的使用壽命，更不利于節能。文中冷卻器控制系統是根據光纖溫度傳感器對環境溫度及冷卻器進出口油溫實時采樣和熱路模型計算得到的數據，對變壓器冷卻器（冷卻風扇）實現自動節能控制。流程圖中tcy為采樣時間，tsus為風扇最小運行時間，采樣數據為環境因素（溫度、日照、風速）、電壓、電流、變壓器分接開關位置等。關于冷卻器控制策略的說明：（1）監測到溫度會在t內超標時，并不立即打開風扇，而是發出注意監測信號，并設定一定時延。之后繼續讀取實時數據并計算，若在設定時延內計算溫度始終超標，則在時延結束后增開風扇，此時算法中熱阻改變，變為增開一定風扇后的熱阻;若在時延內計算溫度降低到預警以下，則時延后不必額外增加風扇臺數。這樣的好處是有效避免了冷卻器的頻繁開斷。（2）對于冷卻器的控制，由本系統記錄每臺冷卻器的運行狀態，平均分配每臺冷卻器（冷卻風扇）開斷次數，避免單臺冷卻器頻繁開斷的情況出現。（3）判斷是否溫度超標可能不止熱點溫度、線油溫差（繞組平均溫度-油平均溫度）兩個因素，還可能直接根據實測頂油溫度判斷，所以當考慮因素較多時，只要其中一個滿足條件，則視為溫度超標。

3新型節能降噪系統的創新點和取得的突破

新型節能降噪系統的創新主要有以下幾點：（1）無需變壓器停電、安全可靠、改造工作量小，不改動強迫油循環冷卻器金屬結構;（2）在散熱量基本保持不變的情況下，將原有粗重的電機及風扇改為體積小、重量輕的多個靜音小風扇矩陣組，有利于降噪和維護;（3）改變冷卻風向，改向外排風為向內吸風，經過濾網后減少灰塵附著在散熱管表面，提高風吹冷卻效果;（4）在導風筒進風口安裝消音防塵過濾網，避免灰塵、蟲子附著在散熱管表面形成的保溫層，提高散熱效果;（5）在冷卻器空腔內向管狀散熱片間歇式噴霧狀水，通過蒸發作用降溫;（6）在散熱效果不低于原冷卻系統的情況下，選用功率小、轉速低、體積重量小的風扇電機，降低風燥和機械噪聲，達到節能降噪效果。

4新型節能降噪系統取得的成效和建議

本系統采用新的散熱功能部件和散熱方式，新的控制電路，降低了風燥和機械噪聲，從而達到綜合節能降噪效果。項目已完成合同中要求內容，完成了變壓器冷卻系統綜合節能降噪設計，并且進行了實體制作安裝，并對散熱效果、降噪效果、節能效果測試，在孝感地區變電站現場進行了試運行，通過現場試驗數據及結果證明，本系統能夠在保障散熱效果的前提下，大大減少噪聲污染，在保障不降低主變冷卻效果的情況下，較大降低能耗，并且通過優化設計，使得后期安裝、檢修、維護方便。

結語

冷卻器節能運行控制策略的應用可以有效避免風機冷卻能力過剩的現象，明顯降低變壓器自身損耗，在保證變壓器溫度閾值內促進冷卻器以更可靠、高效的方式運行。

參考文獻：

[1]程曉東，顧黎明，周晨.智能變壓器冷卻器控制系統的應用[J].浙江電力，2017（8）：9-11.

[2]鄧世杰.大型變壓器風冷卻系統的自動控制[J].變壓器，2016，40（10）：23-25.

[3]劉鑒民.傳熱傳質原理及其在電力科技中的應用分析[M].北京：中國電力出版社，2016.

（作者單位：國網太原供電公司）