★华能井冈山电厂吴星

★江投集团能源技术研究有限公司喻贤唯

★华能井冈山电厂吴华，邱嵘，袁萌雪

关键词：主变冷却器控制柜；自动控制；可编程控制器；主控核心器件

1　引言

电力系统由发电、输电、变电、配电等环节组成，其中变压器属于重要设备，它的安全可靠运行对电力系统起着十分重要的作用。变压器在运行过程中，绕组中的铜耗和铁芯中的铁耗均转变为热能传导，使变压器温度升高，长时间保持高油温运行，会加速油质的老化，而决定变压器运行寿命的主要原因就是油质的老化。目前在油浸式变压器中，主要采用油浸自冷（ONAN）、油浸风冷（ONAF）、强迫油循环风冷（OFAF）和强迫油循环水冷（OFWF）四种冷却方式，其中绝大部分采用ONAF和OFAF冷却方式^[1]。

旧式主变冷却器控制柜为随主变配套设备，自动控制原理为温度、负荷信号通过继电器进行控制。主变冷却器控制柜内冷却器联锁回路较为复杂，运行中的冷却器跳闸后，备用冷却器必须自动启动，备用冷却器发生故障后，还有辅助冷却器自动投入运行，各联锁回路依靠继电器实现，因此柜内继电器较多，运行多年，继电器的缺陷也较多。上述控制柜安装位置在户外，工作环境恶劣，设备投入运行多年后，设备故障率逐年增加，维护工作量大，给主变压器安全运行带来很大的风险。因此，重新设计一种新型主变冷却器控制装置显得非常必要。

2　原理说明

为了解决上述实际问题，本单位组织技术人员，积极与相关设备厂家联合攻关，重新设计了一种新的主变冷却器控制方式，最终在我厂实施试用，投运后设备运行正常，操作人员操作简单，控制方便，验收合格。

新型主变冷却器控制柜采用微控单元（可编程控制器）作为主控核心器件，触摸屏作为人机交互界面，交流接触器或无触点开关（软启动器）作为功率执行元件，断路器、热继电器、相序缺相继电器作为保护元件。通过人机交互界面人为输入状态指令及修改参数信息并由微控制单元执行，即实现就地运行可视化与远方运行监测化；对变压器整个冷却系统实现更优控制，以达到节能和延长散热器使用寿命的目的，同时将信息整理存储于触摸屏，可借助“报警记录”选项读取故障时间、故障内容，也可定时自动轮换工作电源和冷却器运行模式，实现了控制自动化、状态信息化、显示与操作人性化。冷控柜自动控制框架示意图如图1所示。

图1 冷控柜自动控制框架示意图

3　冷却器智能控制功能介绍

3.1　转换开关位置状态介绍

3.1.1　控制转换开关（KK）处于自动位置时

（1）变压器联锁转换开关（HKK）切换至工作位置时，可编程控制器监测变压器三侧开关位置（高、中、低侧跳闸位置继电器常闭节点）投切控制柜，确保运行状态与变压器同步；

（2）HKK切换至试验位置时，控制柜控制不受变压器控制，适用于现场调试；

（3）冷却器转换开关（KKN）切换至自动位置时，当就地远方转换开关（YK）处于就地位置，工作模式冷却器延时投入，辅助冷却器根据油温负荷启停。当YK处于远方位置，远控模式冷却器根据DCS启停信号投切。

3.1.2　KK处于I/II手动位置时

（1）就地手动投入“I/II段电源”，KKN切换至手动位置时，就地手动投入对应冷却器；

（2）除潮通风转换开关（SH）切换至自动，通过智能温湿度检测控制单元根据温湿度参数设置和柜内运行温湿度采集量对比，实现加热器和主流风机的投切，从而避免因低温、高温或潮湿等因素造成柜内电器元件损坏或加速老化而影响整个系统的正常运行。

3.2　自投自复功能介绍

（1）电源互为备用：运行中的主电源故障时，发出告警信号并自动投入备用电源，故障恢复后备用电源退出，主电源投入运行^[2]；

（2）主电源轮换：I段主电源（可在触摸屏内设置主电源）正常运行时，当运行时间到达设定值（可在触摸屏设置），两段电源主备关系转换，即II段电源为主电源，I段电源为备用电源；

（3）冷却器模式轮换：正常运行时，冷却器运行时间在达到设定值（出厂默认值为15天，可在触摸屏设置）时，自动顺延轮换冷却器模式，停止模式不参与轮换。假设以四组冷却器运行模式为例，当前运行模式分别为#1冷却器“工作模式”、#2冷却器“辅助模式”、#3冷却器“备用模式”、#4冷却器“停止模式”，15天后轮换为#1冷却器为“备用模式”、#2冷却器为“工作模式”、#3冷却器为“辅助模式”、#4冷却器为“停止模式”；

（4）备用冷却器自投：冷却器/风机运行中发生故障时，备用自动投入，待故障恢复后备用退出运行；

（5）备用冷却器故障投入辅助冷却器：备用冷却器发生故障时，自动投入辅助冷却器/等待风机，待故障恢复后辅助冷却器/等待风机退出运行。

3.3　接入信号、指令功能介绍

（1）变压器油温绕温节点信号：强迫油循环风冷运行中的变压器上层油面温度≥55℃（用户整定）时，处于“辅助”（触摸屏中设置）模式冷却器相继延时启动，当温度＜45℃（用户整定）时，“辅助”模式冷却器退出运行^[3]；

（2）变压器负荷节点信号：运行中的变压器负荷≥70％（负荷值用户自定义）时，“辅助”模式冷却器/“等待”模式风机相继延时启动，当停止油温（绕组）节点信号退出时，“辅助”模式冷却器/“等待”模式风机退出运行；

（3）变压器油温高节点信号：用于冷却器全停20分钟跳闸出口；

（4）变压器三侧位置信号：当主变三侧开关任意合上一侧，冷却器控制柜自动投入；

（5）变压器油流继节点信号：判断潜油泵是否运行正常，正常运行时油流继电器节点由静态的常开变为常闭；

（6）DCS启停指令：就地远方转换开关在远方状态时，通过DCS指令投切冷却器/风机。

3.4　保护、报警信号功能介绍

（1）故障信号

冷却器控制柜在正常运行中，微机控制单元检测到故障时会发出告警信号：I段电源故障、II段电源故障、冷却器故障、冷却器全停故障、控制电源消失或PLC故障等；报警形式为：就地显示、无源接点和串行通讯等形式。

（2）故障记录和信息查询

触摸屏除参数设置功能之外还可以记录故障报警具体内容：故障报警发生时间、故障报警恢复时间、故障报警内容，均可通过触摸屏查询。（3）冷却器全停延时跳闸出口信号详解当变压器运行时，I、II段电源消失或所有冷却器/风机应到达运行温度时却未运行，此时发出“冷却器全停故障”远方信号的同时，启动20分钟和60分钟延时跳闸，20分钟后开始监测主变上层油温高信号，若主变上层油温高于75度（用户整定）信号开入，直接发出跳闸出口；当主变上层油温低于75度时（用户整定），60分钟后发出跳闸出口。

3.5　柜体内器件布置（如图2所示）

图2 冷控柜元器件布置图

通过对主变冷却器控制系统换型，可以极大地提高机组设备安全运行的可靠性，杜绝因主变冷却器控制柜的原因导致的故障扩大，同时提高了电厂机组安全运行的可靠性，满足了机组的经济性要求。

4　新型主变冷却器控制方式的亮点

新变压器冷却器控制柜能够满足各种异常情况下的正常工作，例如PLC失电、故障，冷却器全停等，设备能耐用10年。

新主变冷却器控制柜采用微控单元（可编程控制器）作为主控核心器件，触摸屏作为人机交互界面，交流接触器或无触点开关（软启动器）作为功率执行元件，断路器、热继电器、相序缺相继电器作为保护元件。

新主变冷却器控制柜可借助“报警记录”选项读取故障时间、故障内容，也可定时自动轮换工作电源和冷却器运行模式。

5　发展前景

采用新型微控单元（可编程控制器）的主变冷却器控制柜可以在电力企业中全面推广。由于此设备使用年限长、故障率低，能够节省设备后期大量维护成本。另外，该种方法配置的主变冷却器控制柜结构简单，回路清晰，投运后故障率低，能够为企业节省大量资金费用。

由于主变冷却器控制柜是发电厂的重要变电设备，需定期进行试验和检查。为降低设备故障率，减少工作量，所有的电厂、变电站主变压器都可以利用此法进行改造工作。

6　结束语

华能井冈山电厂在2021年#2机停机检修中，利用此种方法将对#2主变冷却器控制柜进行换型改造，新设备操作简单，运行2年，从未发生故障，杜绝了因主变冷却器控制柜的原因导致的故障扩大，同时提高了电厂机组安全运行的可靠性，满足了机组的经济性要求，证明了新型主变冷却器控制柜的可行性。

作者简介：

喻贤唯（1995-），男，江西吉安人，工程师，硕士，现就职于江西省江投集团能源技术研究有限公司，研究方向为光伏功率预测。

吴　华（1995-），女，江西信丰人，助理工程师，现就职于华能井冈山电厂，研究方向为变压器油质分析。

邱　嵘（1993-），男，江西吉安人，工程师，学士，现就职于华能井冈山电厂，研究方向为主变压器保护。

袁萌雪（1989-），女，江西新余人，工程师，学士现就职于华能井冈山电厂，研究方向为发变组保护。

摘自《自动化博览》2024年7月刊