變壓器冷卻器節(jié)能調(diào)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(fā)電能量的比重也越來越大，據(jù)估計，我國變壓器的總損耗占系統(tǒng)總發(fā)電量的10%左右，如自身損耗每降低1%，每年可節(jié)約上百億度電。變壓器冷卻器系統(tǒng)主要由多組變壓器油循環(huán)油泵和空氣循環(huán)風機組成，是變壓器非常重要的輔助設(shè)備，其能否可靠投入運行以及不同的冷卻器運行方式關(guān)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(jié)能降噪冷卻系統(tǒng)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(jié)能降噪效果。

【關(guān)鍵詞】變壓器;冷卻器;節(jié)能調(diào)整;改進

引言

目前，國內(nèi)早期投產(chǎn)的大中型發(fā)電廠和變電站的變壓器大多數(shù)采用強迫導(dǎo)向油循環(huán)風冷（ODAF）的冷卻方式，即通過潛油泵強制把油箱體內(nèi)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(nèi)，實現(xiàn)強迫導(dǎo)向油循環(huán)。這種冷卻方式的優(yōu)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(diào)整靈活性較差、電動機能耗較高。尤其在我國北方地區(qū)，由于每年一、四季度環(huán)境溫度較低，為保證變壓器內(nèi)部溫度均勻及油的有效循環(huán)，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(jié)能降噪冷卻系統(tǒng)的研究設(shè)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(shè)定一個溫差值大于或等于Δt，根據(jù)溫差值控制電機風扇轉(zhuǎn)速（通風量）。根據(jù)散熱效果啟動和停止輔助冷卻散熱裝置，霧化器噴頭根據(jù)實際需要安裝2～3個。

1.2控制系統(tǒng)開發(fā)

（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(shè)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(tài)，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(jù)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(shè)置每組霧化器的工作模式，能設(shè)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(tài)（是否噴霧）。

1.3控制箱設(shè)計

控制箱采用防塵、防水、防油、防銹的鋁合金材質(zhì)，外面有一個可自由開關(guān)的門，控制箱內(nèi)放置計算機系統(tǒng)、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(jié)能運行及冷卻器控制策略

為了保證變壓器安全、穩(wěn)定、經(jīng)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(nèi)。前面提出現(xiàn)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(jié)能。文中冷卻器控制系統(tǒng)是根據(jù)光纖溫度傳感器對環(huán)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(shù)據(jù)，對變壓器冷卻器（冷卻風扇）實現(xiàn)自動節(jié)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(shù)據(jù)為環(huán)境因素（溫度、日照、風速）、電壓、電流、變壓器分接開關(guān)位置等。關(guān)于冷卻器控制策略的說明：（1）監(jiān)測到溫度會在t內(nèi)超標時，并不立即打開風扇，而是發(fā)出注意監(jiān)測信號，并設(shè)定一定時延。之后繼續(xù)讀取實時數(shù)據(jù)并計算，若在設(shè)定時延內(nèi)計算溫度始終超標，則在時延結(jié)束后增開風扇，此時算法中熱阻改變，變?yōu)樵鲩_一定風扇后的熱阻;若在時延內(nèi)計算溫度降低到預(yù)警以下，則時延后不必額外增加風扇臺數(shù)。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(tǒng)記錄每臺冷卻器的運行狀態(tài)，平均分配每臺冷卻器（冷卻風扇）開斷次數(shù)，避免單臺冷卻器頻繁開斷的情況出現(xiàn)。（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(jù)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(jié)能降噪系統(tǒng)的創(chuàng)新點和取得的突破

新型節(jié)能降噪系統(tǒng)的創(chuàng)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(huán)冷卻器金屬結(jié)構(gòu);（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(nèi)吸風，經(jīng)過濾網(wǎng)后減少灰塵附著在散熱管表面，提高風吹冷卻效果;（4）在導(dǎo)風筒進風口安裝消音防塵過濾網(wǎng)，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(nèi)向管狀散熱片間歇式噴霧狀水，通過蒸發(fā)作用降溫;（6）在散熱效果不低于原冷卻系統(tǒng)的情況下，選用功率小、轉(zhuǎn)速低、體積重量小的風扇電機，降低風燥和機械噪聲，達到節(jié)能降噪效果。

4新型節(jié)能降噪系統(tǒng)取得的成效和建議

本系統(tǒng)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(jié)能降噪效果。項目已完成合同中要求內(nèi)容，完成了變壓器冷卻系統(tǒng)綜合節(jié)能降噪設(shè)計，并且進行了實體制作安裝，并對散熱效果、降噪效果、節(jié)能效果測試，在孝感地區(qū)變電站現(xiàn)場進行了試運行，通過現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)及結(jié)果證明，本系統(tǒng)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(yōu)化設(shè)計，使得后期安裝、檢修、維護方便。

結(jié)語

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

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（作者單位：國網(wǎng)太原供電公司）