主變壓器是變電站內(nèi)的最為關鍵電氣設備。深圳地區(qū)電壓等級高的變電站一般采用強迫油風冷循環(huán)（OFAF）的冷卻方式。過去使用的繼電式控制方式存在著很多缺點：比如說控制回路復雜、功能可靠性比較差、設備故障率較高、運行維護工作量大等等；基于PLC設計的變壓器冷卻控制系統(tǒng)具有可靠性高、抗干擾能力強、功能強大、智能化等優(yōu)點。

　　1 緒論

　　主變壓器是變電站內(nèi)的最為關鍵電氣設備。變壓器在運行中由于銅損、鐵損的存在而發(fā)熱，它的溫升直接影響到變壓器絕緣材料的壽命、機械強度、負荷能力及使用年限。為了降低溫升，提高功率，保證變壓器安全經(jīng)濟地運行，變壓器必須進行冷卻。

　　高壓變壓器最常用的冷卻方式一般有三種：油浸自冷式、油浸風冷式、強迫油循環(huán)風冷。深圳地區(qū)110 kV等級及以上變電站主變壓器均屬于大型變壓器。其中，110 kV站主要采用油浸式自冷，少部分采用油浸式風冷。油浸自冷式就是以油的自然對流作用將熱量帶到油箱壁和散熱管，然后依靠空氣的對流傳導將熱量散發(fā)。而油浸風冷式是在油浸自冷式之外，在油箱壁或散熱管上加裝風扇，利用風扇幫助冷卻。加裝風扇后可使變壓器的容量大幅增加。

　　深圳地區(qū)220 kV及以上變電站主要采用強迫油循環(huán)（OFAF）的冷卻方式。當油溫低的時候，主變的冷卻方式為油浸自冷式。當溫度達到一定的時候，啟動風機，則此時為油浸風冷式。如此時溫度繼續(xù)升高達到一定值的時候，則啟動強迫油循環(huán)風冷。

　　2 強迫油循環(huán)風冷卻系統(tǒng)

　　2.1 強迫油循環(huán)風冷冷卻器

　　冷卻系統(tǒng)主要由熱交換器、循環(huán)油泵、冷卻風扇，及產(chǎn)生控制信號的負荷電流互感器、油溫度計、線圈溫度計、油流繼電器和繼電邏輯控制裝置等組成。

　　裝置主要是用潛油泵推動油不斷循環(huán)，使得油與冷卻介質(zhì)空氣進行熱交換的冷卻系統(tǒng)。它由冷卻器本體、潛油泵、風扇電動機、導風筒、流速繼電器、冷卻器支架（或拉桿）、聯(lián)管、活門及塞子、分控箱等組成。

　　冷卻器為帶有螺旋肋片的金屬管，兩端分別有一個集油室，金屬管的端部在集油室的多孔板上。由于冷卻器本體具有多個回路；在集油室內(nèi)焊接有隔板，以形成多個回路的油循環(huán)回路。潛油泵安裝在本體下方，導風筒安裝在本體外側(cè)，風扇電動機安裝在風筒內(nèi)，流速繼電器安裝在潛油泵出油端的聯(lián)管上，假如油的流速低于定值，流速繼電器可輸出報警信號。一般來說，每臺變壓器有一個總控制箱，每組變壓器上的冷卻器可以裝分控制箱，可以控制油泵和風扇的自動投入或切除。

　　2.2 強迫油循環(huán)風冷系統(tǒng)的控制原理

　　強迫油循環(huán)風冷卻系統(tǒng)的控制裝置由安裝在每個冷卻器下方，內(nèi)部主要由包含接觸器、熱繼電器的分控制箱和包含主接觸器、控制開關、繼電器等的總控制箱兩部分組成。風冷卻器控系統(tǒng)各部分的工作情況簡要介紹如下：

　　2.2.1 電源自動控制

　　為了防止冷卻器系統(tǒng)在電源故障時停止運轉(zhuǎn)，一般要求應有兩路獨立的交流電源，通過轉(zhuǎn)換開關或把手控制其中一個電源為工作電源，另一個電源為備用電源。例如“I電源工作、II電源備用”，這時系統(tǒng)接通I電源，斷開II電源。當I電源因故障或其他原因消失或斷相時，裝置自動將I電源與系統(tǒng)母線斷開，經(jīng)延時確認后接通II電源。“II電源工作、I電源備用”類似。

　　2.2.2 冷卻器控制

　　變壓器運行時，各個冷卻器可用控制開關來選擇自身的工作狀態(tài)：“工作”、“輔助”或“備用”。潛油泵投入運行后，當油流速度達到設定的定值時，油流繼電器的動合觸點閉合，動斷觸點打開，信號燈點亮，代表冷卻器投入正常運行；當油流速度低于規(guī)定值時，油流繼電器動合觸點打開，動斷觸點閉合，信號燈熄滅，表示冷卻器內(nèi)部管路發(fā)生故障，同時自動啟動備用冷卻器（在“備用”位置的冷卻器）；當潛油泵或風扇的電動機發(fā)生故障時，熱偶繼電器動作，使得觸點打開從而停止電動機運轉(zhuǎn)，經(jīng)過延時后自動啟動備用冷卻器，并發(fā)出故障信號。正常情況下，備用冷卻器是不投入運行的。在負載較低時，輔助冷卻器（在“輔助”位置的冷卻器）是不投入運行的，變壓器繞組溫度（如70 ℃）或頂層油溫（如55 ℃）達到規(guī)定值時，溫度控制器觸點閉合：或負載電流達到額定值的75%時，使線圈勵磁，從而使輔助冷卻器投入運行。

　　2.2.3 故障回路

　　故障回路是指總控制箱內(nèi)能夠發(fā)出故障信號的回路，主要由4種情況：當兩路交流電源都消失，使得所有冷卻器停運時，發(fā)出冷卻器全停信號，并經(jīng)延時后使得斷路器跳閘，從而將變壓器從電力系統(tǒng)上切除；當某一路電源發(fā)生故障時發(fā)出故障信號；當工作、輔助冷卻器發(fā)生故障，備用冷卻器投入時，發(fā)出故障信號；當備用冷卻器投入運行后產(chǎn)生故障時發(fā)出故障信號。

　　3 可編程邏輯控制器（PLC）在冷卻器控制系統(tǒng)中的應用

　　3.1 PLC系統(tǒng)概述

　　常規(guī)變壓器的冷卻一般采用強迫油循環(huán)風冷卻方式。該冷卻系統(tǒng)主要由熱交換器、循環(huán)油泵、風扇，及產(chǎn)生控制信號的負荷電流互感器、油溫度計、線圈溫度計、油流信號器和繼電邏輯控制裝置等組成。一直以來，冷卻器的控制回路基本由繼電式的布線回路產(chǎn)生控制邏輯來實現(xiàn)。冷卻器的轉(zhuǎn)換一般只能手動切換，就地及遠方控制和監(jiān)視信號靠二次電纜來傳輸。工程量大，自動化程度低。為此，對主變壓器冷卻器的控制系統(tǒng)進行改造，例如深圳某220 kV變電站站就已經(jīng)采用PLC作為主控制器進行冷卻器組的控制。

　　可編程邏輯控制器稱為PLC（Program Logic Controller），是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，它采用可編程序存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字式，模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC裝置的信息采集功能強大，采集的信息主要有各個冷卻器工作狀態(tài)，油流狀態(tài)，變壓器油面溫度、繞組溫度等等；而且能根據(jù)冷卻器工作情況和油流狀態(tài)判斷出油泵運行是否正常，將各種信息通過以太網(wǎng)絡傳送至中控室計算機顯示屏顯示及故障報警。

　　3.2 引入PLC前后冷卻器控制系統(tǒng)對比分析

　　3.2.1 控制系統(tǒng)的性能及可靠性

　　傳統(tǒng)的變壓器冷卻控制系統(tǒng)使用了大量的繼電器，由于二次觸點接觸不良容易從而產(chǎn)生的故障頻發(fā)，控制冷卻器工作電路的交流接觸器長期在勵磁與失磁之間轉(zhuǎn)換，觸點容易燒毀。PLC用程序來替代大量的中間繼電器和時間繼電器，僅剩下少量硬件元件，因觸點不良造成的故障大為減少，與功能相同的繼電器相比，性能價格比很高。PLC與其他智能控制設備一起，可以實現(xiàn)集中管理，分散控制。

　　3.2.2 控制系統(tǒng)的安裝、調(diào)試工作量

　　傳統(tǒng)的冷卻控制系統(tǒng)中大量繼電器的安裝、接線工作量非常大，配線時由于二次回路多容易出錯，調(diào)試時必須使用交流380 V電源。PLC的安裝、接線很方便，用接線端子連接外部接線，減少安裝、配線的時間；PLC的程序調(diào)試，輸入信號用小開關來模擬，通過PLC的發(fā)光二極管觀察輸出信號的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題通過修改程序就可以解決，系統(tǒng)的調(diào)試時間少了很多。

　　3.2.3 控制箱的體積及費用

　　PLC在大型變壓器冷卻控制系統(tǒng)的應用，可以減少大量的中間繼電器和時間繼電器，一般來說，PLC的體積僅相當于幾個繼電器的大小，因此可以將控制箱的體積縮小到原來的1/2～1/10。PLC二次配線少，可以節(jié)省大量的配線和附件，從而省下不小的費用。

　　4 總結

　　強迫油循環(huán)風冷（OFAF）冷卻方式，常用于我局220 kV及以上變電站的變壓器冷卻，此冷卻方式可以很好地對主變產(chǎn)生的熱量進行散熱。現(xiàn)此種冷卻方式的冷卻系統(tǒng)通過改造，采用PLC作為主控制器進行冷卻器組的控制，為實現(xiàn)無人值守變電站提供了可能，推動了變電所綜合自動化系統(tǒng)的建設。