冷卻器風扇電機變頻控制方案改造探究

（國網孝感供電公司，湖北 孝感 432000）

冷卻器風扇電機變頻控制方案改造探究

朱道敏

（國網孝感供電公司，湖北 孝感 432000）

本文依據強迫油循環風冷系統工作原理，結合變電檢修中心轄下10座變電站2011年主變冷卻器缺陷故障統計分析數據，提出一種基于變頻控制調節冷卻器風扇電機出力的強迫油循環風冷系統改造方案，在不影響主變散熱效果的基礎上降低冷卻器風扇電機缺陷發生的幾率，減少檢修工作量以及維護費用。

冷卻器；強迫油循環；電機；變頻控制；油溫判據

引言

變壓器是變電站運行中的核心部分，而冷卻系統的可靠性直接影響到變壓器的安全運行。在電力變壓器的強迫油循環風冷卻系統中，冷卻系統主要由潛油泵﹑風扇電機﹑油流繼電器﹑分控箱﹑主控制箱﹑信號系統等部分組成。運行中的變壓器按照負荷和溫度情況自動投入或切除相應數量的冷卻器。近一年工作票統計數據顯示冷卻系統最易損壞的是風扇電機，輕則軸承磨損發出異響，重則燒毀不能投運。

1 強迫油循環風冷系統

對于應用強迫油循環的變壓器從本體設計容量和散熱器容量配置一定數量的冷卻器組，同時配置備用冷卻器以便切除故障冷卻器能自動投運。冷卻器可用控制開關位置來選擇工作﹑輔助和備用狀態。

1.1 冷卻器投退存在問題

變電檢修心中轄下孝感主網變壓器根據容量的不同，大多裝設8-10臺風扇吹風加速變壓器油的冷卻，每2臺風扇分為一組。風扇由軸流式單級葉輪與三相異步電動機兩部分構。當主變負荷和油溫在某一范圍內波動時，測量主變負荷的電流繼電器或測量變壓器油溫的溫度繼電器會頻繁動作，將導致輔助冷卻器頻繁地啟停。冷卻器的油泵﹑風扇電機啟動過于頻繁，會進一步使熱繼電器動作，從而讓該組冷卻器退出運行，投退次數過多無疑會縮短冷卻器電氣設備的使用壽命。同時變壓器油高速流動易產生油流帶電，造成主變內部故障隱患，影響其安全穩定運行。另外，冷卻器組的風扇電機投入過多不僅浪費電能也會造成嚴重噪音污染。

輔助冷卻器組本身作用是在油溫過高時投入以達到快速降低油溫，因此單純優先依負荷的增加做出輔助冷卻器投退判據缺乏一定的科學性，其目的可能僅僅是基于可靠性的角度來考慮。例如11月30日8時許上廟變電站室外溫度0℃左右且伴隨3-4級北風，氣溫陡降用電負荷增大，上#1主變輔助冷卻器投運，而主變上層油溫不到20℃。

圖1 分控箱風扇電機動力電源變頻控制原理圖

如此導致最直接的后果就是冷卻系統的風扇電機損壞，而損壞的原因是電機機械軸承磨損，轉動時異響或葉片擦到外殼卡死燒毀電機。據工作票不完全統計自2011年1月至今變電檢修中心所轄10座站共處理冷卻器缺陷20余起，僅一起不是強迫油風冷型主變，而風扇電機故障占80%以上，熱過載繼電器失靈也占相當大比例。累計出勤愈30次均涉及大量部件更換維修，其中專業班組集中維修電機4次近20臺，委外維修2次耗1700元，造計劃新購置約10臺電機和10部熱過載繼電器備用，投入的人力物力財力不容忽視。即使如此仍然數次因為缺乏備件延誤計劃消缺時間，影響消缺率考評。

1.2 改進型冷卻器投退判據

對于這樣不是長期滿負荷運行的變壓器，運行冷卻器的投入可按照如下規則整定：

（1）負荷判據。當變壓器負荷達到其額定值70%及其以上時，經過一段延時冷卻器全部投入，延時的目的是為了避免負荷波動帶來的影響；當負荷小于額定值70%時，投切由油溫判據決定。

（2）油溫判據。根據現場實際情況可把冷卻器分成4-5組。每組含風扇電機兩臺，對于冷卻器數量的投運控制是：正常運行時啟動2組冷卻器4臺風扇電機工作，當油溫上升到某設定值時，啟動輔助冷卻器組，當油溫下降到設定值時切除輔助組。

2 變頻控制風扇電機運行模式

根據變壓器運行的情況，把變壓器的負荷設置成2檔：0＜P＜P1和P1≤P≤100%（P1=70%額定容量），變壓器投入運行時首先由負荷判據確定投入的冷卻器數量。頂層油溫的定值設為3個檔位，T1=正常運行2組冷卻器投入時溫度閥值﹑T2=輔助冷卻器投入時溫度閥值﹑T3=主變允許溫度限值。

（1）運行模式1：當（0＜P＜P1）&（T＜T1）給變頻器賦初值f1，使之輸出某一頻率，采集溫度傳感器設定值進行計算校正，變換成電流信號輸出到變頻器，使之按照相應的頻率輸出帶動冷卻器組風扇電機運行。在（0，T1）設定溫度范圍內，變壓器油溫升高，輸入溫度信號電流增大，變頻器輸出頻率逐漸上升，風扇電機轉速上升使冷卻容量增大，直到變壓器油溫降回到設定的T 1范圍內，使變壓器的損耗與散熱功率達到線性平衡。反之，若油溫度下降，變頻器輸出頻率逐漸下調以降低風扇電機轉速，減小冷卻容量，控制油溫在設定范圍（0，T1）內。如此達成投運風扇電機未全速運行仍然可以使變壓器正常運行時其頂層油溫控制在某一個恒定范圍內。

（2）運行模式2：當（0＜P＜P1）&（T1≤T＜T2）時輔助冷卻器投入運轉，先將變頻器輸出頻率降到最低，在此冷卻容量基礎上根據溫度電流信號給變頻器賦初值f2，使調節溫度能夠回到T1范圍內，在（0，T2）內調節方式和模式1一致，在油溫下降到正常運行閥值T1時，輔助組冷卻器退出，退回至模式1

（3）運行模式3：當（0＜P＜P1）&（T2≤T＜T3）時備用冷卻器亦投入運轉，在此冷卻容量基礎上根據溫度電流信號給變頻器賦初值f3，使調節溫度能夠回到T2范圍內，依次退回至模式2﹑模式1。

（4）運行模式4：當P≥P1時，退出風扇電機變頻調速模式，直至負荷回到0＜P＜P1。

3 變頻控制風扇電機回路方案設計

基于以上考慮可在在每組冷卻器分控箱電機的控制回路中加裝一臺變頻器來控制該組兩臺風扇電機，由變壓器的油溫變化作為控制信號來控制風扇電機的轉速，從而改變以往電動機投入后只能在工頻狀態下全速運行的狀況，達到在不降低散熱效果的基礎上延長風扇電機使用壽命及節能降噪的目的。

接線方式只是在分控箱風扇電機原動力控制電路部分略作改動，即可達到由一臺變頻器控制兩臺風扇電機轉速，如圖1所示。

通過KM1﹑KM2﹑KM3三個接觸器控制實現變頻與工頻的切換，在模式1﹑模式2﹑模式3運行情況下，KM1﹑KM2閉合，KM3斷開風扇電機工作在變頻調速模式。通過溫度傳感器取出溫度信號，轉換成電流信號，輸出至變頻器S端。溫度高時，電流信號大，變頻器的輸出頻率也大，從而加快風扇電動機的轉速。反之，溫度低時，電流信號和變頻器的輸出頻率都小，使風扇電動機的轉速減慢。在模式4或變頻器故障情況下，轉入工頻運行風扇電機全速運行，以保證冷卻器正常工作。

結語

本方案在保證變壓器長期安全可靠運行的基礎上，可使變壓器的損耗與散熱功率達到一種平衡關系，實現變壓器冷卻系統的最優控制。同時減少風扇電機不必要的頻繁停用和全速運行，降低冷卻器風扇電機缺陷發生的幾率，延長電機的壽命，檢修工作量以及維護電動機的費用也會相應減少，方便運行與維護。

[1]李福彥.變壓器用冷卻器采用變頻調速技術的分析[J].變壓器， 2000（05）.

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