★華能井岡山電廠吳星

★江投集團能源技術研究有限公司喻賢唯

★華能井岡山電廠吳華，邱嶸，袁萌雪

關鍵詞：主變冷卻器控制柜；自動控制；可編程控制器；主控核心器件

1　引言

電力系統由發電、輸電、變電、配電等環節組成，其中變壓器屬于重要設備，它的安全可靠運行對電力系統起著十分重要的作用。變壓器在運行過程中，繞組中的銅耗和鐵芯中的鐵耗均轉變為熱能傳導，使變壓器溫度升高，長時間保持高油溫運行，會加速油質的老化，而決定變壓器運行壽命的主要原因就是油質的老化。目前在油浸式變壓器中，主要采用油浸自冷（ONAN）、油浸風冷（ONAF）、強迫油循環風冷（OFAF）和強迫油循環水冷（OFWF）四種冷卻方式，其中絕大部分采用ONAF和OFAF冷卻方式^[1]。

舊式主變冷卻器控制柜為隨主變配套設備，自動控制原理為溫度、負荷信號通過繼電器進行控制。主變冷卻器控制柜內冷卻器聯鎖回路較為復雜，運行中的冷卻器跳閘后，備用冷卻器必須自動啟動，備用冷卻器發生故障后，還有輔助冷卻器自動投入運行，各聯鎖回路依靠繼電器實現，因此柜內繼電器較多，運行多年，繼電器的缺陷也較多。上述控制柜安裝位置在戶外，工作環境惡劣，設備投入運行多年后，設備故障率逐年增加，維護工作量大，給主變壓器安全運行帶來很大的風險。因此，重新設計一種新型主變冷卻器控制裝置顯得非常必要。

2　原理說明

為了解決上述實際問題，本單位組織技術人員，積極與相關設備廠家聯合攻關，重新設計了一種新的主變冷卻器控制方式，最終在我廠實施試用，投運后設備運行正常，操作人員操作簡單，控制方便，驗收合格。

新型主變冷卻器控制柜采用微控單元（可編程控制器）作為主控核心器件，觸摸屏作為人機交互界面，交流接觸器或無觸點開關（軟啟動器）作為功率執行元件，斷路器、熱繼電器、相序缺相繼電器作為保護元件。通過人機交互界面人為輸入狀態指令及修改參數信息并由微控制單元執行，即實現就地運行可視化與遠方運行監測化；對變壓器整個冷卻系統實現更優控制，以達到節能和延長散熱器使用壽命的目的，同時將信息整理存儲于觸摸屏，可借助“報警記錄”選項讀取故障時間、故障內容，也可定時自動輪換工作電源和冷卻器運行模式，實現了控制自動化、狀態信息化、顯示與操作人性化。冷控柜自動控制框架示意圖如圖1所示。

圖1 冷控柜自動控制框架示意圖

3　冷卻器智能控制功能介紹

3.1　轉換開關位置狀態介紹

3.1.1　控制轉換開關（KK）處于自動位置時

（1）變壓器聯鎖轉換開關（HKK）切換至工作位置時，可編程控制器監測變壓器三側開關位置（高、中、低側跳閘位置繼電器常閉節點）投切控制柜，確保運行狀態與變壓器同步；

（2）HKK切換至試驗位置時，控制柜控制不受變壓器控制，適用于現場調試；

（3）冷卻器轉換開關（KKN）切換至自動位置時，當就地遠方轉換開關（YK）處于就地位置，工作模式冷卻器延時投入，輔助冷卻器根據油溫負荷啟停。當YK處于遠方位置，遠控模式冷卻器根據DCS啟停信號投切。

3.1.2　KK處于I/II手動位置時

（1）就地手動投入“I/II段電源”，KKN切換至手動位置時，就地手動投入對應冷卻器；

（2）除潮通風轉換開關（SH）切換至自動，通過智能溫濕度檢測控制單元根據溫濕度參數設置和柜內運行溫濕度采集量對比，實現加熱器和主流風機的投切，從而避免因低溫、高溫或潮濕等因素造成柜內電器元件損壞或加速老化而影響整個系統的正常運行。

3.2　自投自復功能介紹

（1）電源互為備用：運行中的主電源故障時，發出告警信號并自動投入備用電源，故障恢復后備用電源退出，主電源投入運行^[2]；

（2）主電源輪換：I段主電源（可在觸摸屏內設置主電源）正常運行時，當運行時間到達設定值（可在觸摸屏設置），兩段電源主備關系轉換，即II段電源為主電源，I段電源為備用電源；

（3）冷卻器模式輪換：正常運行時，冷卻器運行時間在達到設定值（出廠默認值為15天，可在觸摸屏設置）時，自動順延輪換冷卻器模式，停止模式不參與輪換。假設以四組冷卻器運行模式為例，當前運行模式分別為#1冷卻器“工作模式”、#2冷卻器“輔助模式”、#3冷卻器“備用模式”、#4冷卻器“停止模式”，15天后輪換為#1冷卻器為“備用模式”、#2冷卻器為“工作模式”、#3冷卻器為“輔助模式”、#4冷卻器為“停止模式”；

（4）備用冷卻器自投：冷卻器/風機運行中發生故障時，備用自動投入，待故障恢復后備用退出運行；

（5）備用冷卻器故障投入輔助冷卻器：備用冷卻器發生故障時，自動投入輔助冷卻器/等待風機，待故障恢復后輔助冷卻器/等待風機退出運行。

3.3　接入信號、指令功能介紹

（1）變壓器油溫繞溫節點信號：強迫油循環風冷運行中的變壓器上層油面溫度≥55℃（用戶整定）時，處于“輔助”（觸摸屏中設置）模式冷卻器相繼延時啟動，當溫度＜45℃（用戶整定）時，“輔助”模式冷卻器退出運行^[3]；

（2）變壓器負荷節點信號：運行中的變壓器負荷≥70％（負荷值用戶自定義）時，“輔助”模式冷卻器/“等待”模式風機相繼延時啟動，當停止油溫（繞組）節點信號退出時，“輔助”模式冷卻器/“等待”模式風機退出運行；

（3）變壓器油溫高節點信號：用于冷卻器全停20分鐘跳閘出口；

（4）變壓器三側位置信號：當主變三側開關任意合上一側，冷卻器控制柜自動投入；

（5）變壓器油流繼節點信號：判斷潛油泵是否運行正常，正常運行時油流繼電器節點由靜態的常開變為常閉；

（6）DCS啟停指令：就地遠方轉換開關在遠方狀態時，通過DCS指令投切冷卻器/風機。

3.4　保護、報警信號功能介紹

（1）故障信號

冷卻器控制柜在正常運行中，微機控制單元檢測到故障時會發出告警信號：I段電源故障、II段電源故障、冷卻器故障、冷卻器全停故障、控制電源消失或PLC故障等；報警形式為：就地顯示、無源接點和串行通訊等形式。

（2）故障記錄和信息查詢

觸摸屏除參數設置功能之外還可以記錄故障報警具體內容：故障報警發生時間、故障報警恢復時間、故障報警內容，均可通過觸摸屏查詢。（3）冷卻器全停延時跳閘出口信號詳解當變壓器運行時，I、II段電源消失或所有冷卻器/風機應到達運行溫度時卻未運行，此時發出“冷卻器全停故障”遠方信號的同時，啟動20分鐘和60分鐘延時跳閘，20分鐘后開始監測主變上層油溫高信號，若主變上層油溫高于75度（用戶整定）信號開入，直接發出跳閘出口；當主變上層油溫低于75度時（用戶整定），60分鐘后發出跳閘出口。

3.5　柜體內器件布置（如圖2所示）

圖2 冷控柜元器件布置圖

通過對主變冷卻器控制系統換型，可以極大地提高機組設備安全運行的可靠性，杜絕因主變冷卻器控制柜的原因導致的故障擴大，同時提高了電廠機組安全運行的可靠性，滿足了機組的經濟性要求。

4　新型主變冷卻器控制方式的亮點

新變壓器冷卻器控制柜能夠滿足各種異常情況下的正常工作，例如PLC失電、故障，冷卻器全停等，設備能耐用10年。

新主變冷卻器控制柜采用微控單元（可編程控制器）作為主控核心器件，觸摸屏作為人機交互界面，交流接觸器或無觸點開關（軟啟動器）作為功率執行元件，斷路器、熱繼電器、相序缺相繼電器作為保護元件。

新主變冷卻器控制柜可借助“報警記錄”選項讀取故障時間、故障內容，也可定時自動輪換工作電源和冷卻器運行模式。

5　發展前景

采用新型微控單元（可編程控制器）的主變冷卻器控制柜可以在電力企業中全面推廣。由于此設備使用年限長、故障率低，能夠節省設備后期大量維護成本。另外，該種方法配置的主變冷卻器控制柜結構簡單，回路清晰，投運后故障率低，能夠為企業節省大量資金費用。

由于主變冷卻器控制柜是發電廠的重要變電設備，需定期進行試驗和檢查。為降低設備故障率，減少工作量，所有的電廠、變電站主變壓器都可以利用此法進行改造工作。

6　結束語

華能井岡山電廠在2021年#2機停機檢修中，利用此種方法將對#2主變冷卻器控制柜進行換型改造，新設備操作簡單，運行2年，從未發生故障，杜絕了因主變冷卻器控制柜的原因導致的故障擴大，同時提高了電廠機組安全運行的可靠性，滿足了機組的經濟性要求，證明了新型主變冷卻器控制柜的可行性。

作者簡介：

喻賢唯（1995-），男，江西吉安人，工程師，碩士，現就職于江西省江投集團能源技術研究有限公司，研究方向為光伏功率預測。

吳　華（1995-），女，江西信豐人，助理工程師，現就職于華能井岡山電廠，研究方向為變壓器油質分析。

邱　嶸（1993-），男，江西吉安人，工程師，學士，現就職于華能井岡山電廠，研究方向為主變壓器保護。

袁萌雪（1989-），女，江西新余人，工程師，學士現就職于華能井岡山電廠，研究方向為發變組保護。

摘自《自動化博覽》2024年7月刊