张玉兵
贵州送变电工程公司 贵州 贵阳 550002
摘要：电力变压器是变电站、发电厂的重要组成设备，本文对变电站电力变压器风冷系统进行了简单介绍，主要其风冷系统全停功能的中央信号及保护路闸回路进行分析，并结合实际工程现场情况进行分析，提出适宜的方案。
关键词：变压器 冷却器全停 信号 温度 跳闸
1 电力变压器冷却系统概述
变压器在运行过程中，由于负载电流流经绕组或铁芯必然引起绕组或铁芯温升，同时由于环境温度的变化，尤其是在火热夏季，也会导致变压器油的温度升高。这些热量必须及时散逸出去，以免过热而造成绝缘损坏。对小容量变压器，外表面积与变压器容积之比相对较大，可以采用自冷方式，通过辐射和自然对流即可将热量散去。由于变压器的损耗与其容积成比例，所以随着变压器容量的增大，其容积和损耗将以铁心尺寸三次方增加，而外表面积只依尺寸的二次方增加。因此，大容量变压器铁芯和绕组应浸于绝缘油中，并辅以适当的冷却方式。
电力变压器常用的冷却方式一般分为三种：油浸自冷式、油浸风冷式、强迫油循环。
a) 油浸自冷式：油浸变压器的散热过程是这样的，铁芯和线圈把热量首先传给在其附近的油，使油的温度升高。温度高的油体积增加，比重减小，就向油箱的上部运动。冷油将自然运动补充到热油原来的位置。而热油沿箱壁或散热器管将热量放出，经箱壁或管壁被周围的空气带走，温度降低后又回到油箱下部参加循环。这样，因油温的差别，产生了油的自然循环流动，这样，周而复始不断循环。油浸自冷式的变压器依靠油箱壁（或散热器管壁）的辐射，和变压器周围空气的自然对流，把热量从油箱表面带走。这种变压器为了增加散热表面，通常加装冷却器（散热片），以促进油的对流。配电变压器和发电厂的低压变等就属于这种冷却方式。
b) 油浸风冷式：在自冷式的基础上，于冷却器（散热片）上加装风扇，用吹风扇的方法使空气加快流动，借此来增大散热能力。吹风可使对流散热增加8.5倍。同一台变压器，用了吹风以后，容量可提高30%以上。
c) 强迫油循环冷却方式：此方式就是为了达到所希望的冷却效果，而人为地在油路中加入了使油的流速加快的动力——油泵，以加快油流速度，从而提高冷却散热效率。此方式下，冷却器（散热片）通常装于变压器油箱壁上或独立的支架上，流经冷却器（散热片）内的油采用风扇冷却。为了防止油泵的漏油和漏气，目前广泛采用潜油泵和潜油电动机。潜油泵安装在冷却器（散热片）的下面，泵的吸入端直接装在第一个油回路（冷却器为多回路的）上，吐出端通过装有油流继电器的联管接至第二回路。油流继电器的作用是：当潜油泵发生故障，油流停止时，发出信号至PLC或中央信号，风冷控制逻辑判定满足条件的情况下，投入备用冷却器组。
2 电力变压器冷却器全停简述
在负荷和环境温度不变的情况下，电力变压器运行中一旦发生冷却器全停故障，绕温、油温均会急剧上升，将对变压器内部绝缘材料造成很大威胁，可能造成绝缘老化、击穿。如果处理不及时或者处理不当，甚至会造成变压器损坏乃至更大的电网事故。
DL/T572-1995《电力变压器运行规程》（以下简称”规程“）中明确规定：强油循环风冷和强油循环水冷变压器，当冷却系统故障切除全部冷却器时，通话带额定负载运行20min。如果20min后顶层油温未达到75℃，则允许上升到75℃，但的这种状态下运行的最长时间不得超过1小时。
继电保护基本任务便是反应电气设备的不正常工作情况，并根据不正常工作情况和设备运行维护条件的不同(例如有无经常值班人员)发出信号，以便值班人员进行处理，或由装置自动地进行调整，或将那些继续运行会引起事故的电气设备予以切除。结合规程要求，现场风冷回路应实现以下功能：
（1）冷却器全停故障时须立即发出信号到监控系统，但并不直接作用于跳闸；
（2）冷却器全停故障发生后若未返回的情况下，经一定延时（20min）后，若变压器顶层油温达到或高于指定温度（75℃），则动作于跳闸，切除变压器；
（3）冷却器全停故障发生后若未返回的情况下，若变压器顶层油温一直低于指定温度（75℃），则变压器运行一小时后动作于跳闸，切除变压器。
3 冷却器全停发信及跳闸功能实现
下面逐条对这些功能进行分析，并提出适当的方案以实现相应的功能。
（1）冷却器全停发信功能
对于现有综合自动化变电站或数字化变电站而言，一般冷却器全停信号由风冷系统控制PLC或中间继电器实现，当电源正常，冷却器组全部发生故障而无法运行时发出信号。但当风冷系统双路电源均断开时，风冷系统控制PLC或中间继电器没有工作电源，虽然实际上变压器风冷系统全停，但却没有相应的信号发出。因此，为使发信功能更符合现场实际情况，应将两路电源失电备用接点串联后，再与风冷系统控制PLC或中间继电器“风冷全停”告警接点并联，接入微机监控系统。
（2）冷却器全停跳闸功能
根据变压器非电量保护装置的配置不同，分两种情况进行讨论分析：
一、按规程要求配置，且自带逻辑差别的非电量保护装置，以南瑞继保PCS-974系列非电量保护装置为例进行说明，其保护装置逻辑判别图如下：
如逻辑图所示，非电量保护装置“非电量延时保护硬压板”投入，存在以下情况：
1）投入“冷控失电软压板”时，当有“冷控失电（即冷却器全停）”开入保持，经延时T2（此为可设定值）后，同时满足“油温高开入”保持或“冷控失电经油温高闭锁软压板”退出时，冷控失电跳闸出口。
2）投入“冷控失电因定延时跳闸软压板”时，当有“冷控失电（即冷却器全停）”开入时，经固定延时T1（此为可设定值），不经油温高判据，冷控失电跳闸出口。
因此，配置这种保护装置时，只需将一对冷却器全停常闭接点及一对油温高常开接点接入即可。
二、可以自主配置开入的非电量保护装置，如数字化变电站变电压器非电量保护装置。保护装置的非电量开入可自主进行配置，相对应的开出（或出口）也可选择配置为跳闸或发信，所以，这种非电量保护装置须配置两对冷却器全停接点开入，用以分别对应两种跳闸方式。
1）一对接点用于不经油温高判据的延时跳闸方式：当保护装置收到开入后，发信至后台监控系统，经固定延时1小时保护跳闸出口。此保护逻辑一般情况下可通过控制字或软压板投入或退出跳闸功能。
2）一对接点用于经油温高判据延时跳闸方式。具体回路可设置如下：将冷却器全停接点接入非电量开入n，当保护装置收到开入后，立即发信至后台监控系统。设置非电量开入n经固定延时（20min）出口，将其出口回路与绕温高接点串联后直接启动非电量跳闸中间继电器跳开变压器各侧断路器，实现冷却器全停经固定延时后经油温高判据切除变压器。
此外，还有这两种配置混合出现的情况，则需根据现场情况具体再进行调整，此处便不再详述了。
4 结语
随着电力行业的大力发展，对变电站的运行的安全性和可靠性要求越来越高。鉴于上述分析可知，变压器作为变电站的主要运行设备，其冷却器全停保护装置功能并未完全统一，回路设计也存在多样化的可能性。因此，对设计水平及现场调试试验技术具有较高的要求。
论文作者:张玉兵
论文发表刊物:《基层建设》2015年19期
论文发表时间:2015/11/6
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