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【摘 要】 温度过高是引起变压器的故障的主要原因之一，在现有的冷却风机控制方式中存在许多不足，文章通过解析水电站主变压器冷却风机控制方式，对建立节能环保的冷却风机控制方式提出合理化建议。
【关键词】 主变压器；冷却风机；控制方式
一、前言
随着经济的发展和用户用电需求的增加，主变压器的容量也是日益增加。作为清洁无污染的水电资源，在现有资源紧缺的现状下也是出现了蓬勃发展的迹象。如何有效合理的解决主变压器散热问题，合理的冷却风机控制方式成为了解决问题的关键。
二、主变压器冷却方式
主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。
1.油浸自冷式就是以油的自然对流作用将热量带到油箱壁和散热管，然后依靠空气的对流传导将热量散发，它没有特制的冷却设备。
2.油浸风冷式是在油浸自冷式的基础上，在油箱壁或散热管上加装风扇，利用吹风机帮助冷却。加装风冷后可使变压器的容量增加30%～35%。
3.强迫油循环冷却方式，又分强油风冷和强油水冷两种。它是把变压器中的油，利用油泵打入油冷却器后再复回油箱。油冷却器做成容易散热的特殊形状，利用风扇吹风或循环水作冷却介质，把热量带走。这种方式若把油的循环速度比自然对流时提高3倍，则变压器可增加容量30%。
采用强油冷却方式的变压器的注意点：应当注意冷却器全停的问题，因为强油冷却方式通常都是大型变压器，其发热量比较大，一旦冷却器全停后温度上升很快，一般最高不允许超过75摄氏度，而且有些变压器出于对变压器保护接有温度保护，一旦冷却器全停后会延时跳闸。变压器停运后最好两小时后再将冷却器停运，为的是防止局部过热。
三、影响主变压器室内温度变化的因素分析
变压器室内温度的变化一方面与变压器本体散热有关，另一方面与外界空气的热对流密切联系。
1.变压器室内温度与环境温度呈正相关
根据中国天气网提供的天气温度数据，可以看出，气温随季节显著变化，夏秋两季温度持续偏高。在不启动冷却风机的情况下，测得变压器室内的温度与外部环境温度呈正相关关系由此可以看出，变压器室内温度比室外气温偏高，但整体呈正相关关系，即室外气温越高，变压器室内温度也随之升高。在温度较高的夏秋季，变压器室内温度普遍较高，此时要更关注冷却风机运转的散热效果。
2.冷却风机启动数量与室内温度
一般来说，变压器室内冷却风机启动的数量越多，空气对流越快速，室内温度下降得越快。也就是说，为达到同样的降温效果，启动的冷却风机越多，所需的时间就越少。因此，在变压器室温度较高时，为了快速降温，需要启动更多的冷却风机，但也意味着所消耗的电量更多。
3.变压器室内温度与负荷
当变压器所带负荷越多时，即电流越大时，变压器发热越严重，变压器室的温度也就越高。变压器室的温度与负荷变化呈正相关的关系。
四、现有冷却控制方式分析探讨
手动时候同时控制2组4台风机启停；自动方式下设计有2种控制方式：一是温控器控制，当主变压器油温达到65℃时启动2组4台风机对主变压器进行冷却，55℃时停止；二是过电流继电器控制，即主变压器负荷电流大于整定值时启动2组4台风机对主变压器进行冷却。在自动控制方式存在几点值得探讨的地方：一是无论是温控器控制还是过电流继电器控制都是同时启动4台风机，控制方式不灵活。
而且根据投运以来这段时间的观察，变压器（户外型）的油温一般都在60℃左右，这不仅不利于降低厂用电率，也不利于大多数情况下变压器的冷却；二是无论整定温控器先启动风机还是电流过负荷先启动风机，一旦前者动作使风机启动后，后者即使達到整定值再启动风机进行冷却，也没有更多的风机供启动，失去了进一步冷却的意义。另外一个值得探讨的地方是，假如温控器和过电流继电器都达到了整定值，随着风机启动冷却变压器的油温逐渐下降，即使变压器的油温低于55℃，风机也不会停止，或者根据调度或者水情的需要，1号主变所在的单元l号机组或2号机组负荷降低，致使主变负荷电流小于整定值，此时也不会停止风机，这种情况下极大地浪费了厂用电。
综上。我们可以对主变压器风扇投入与切除的温度范围进行自行设定，也可以按照用户的要求而变化。在传统控制方式中，风扇投切的温度限制值是不能改变的，此外，风扇电机的启动和停止温度有一余量，不像传统的控制方式中是一个定值，避免了频繁启动的缺陷，此外还有运行、故障保护及报警等信号的显示及其与控制中心或调度中心的通讯，上传这些信息，如变压器油温、风扇运行状态有无故障等。至于风扇的分组投切设置是为了节约电能，具有一定的经济意义，但这个分组数不宜过多，以免控制复杂，且散热效果不佳。
五、控制方式智能化改进措施
控制器主要由单片机、A/D转换器、键盘控制芯片，输出模块、通讯模块以及自动复位电路等组成，其中单片机是控制器的核心，AID转换器是把输入信号转换为数字信号。
1.单片机
经过A/D转换器后输出的数字量输入到单片机中，同时在进行了温度参数的设置以后，进行它的输出控制，其中包括了变压器的温度显示、状态显示、以及声音报警设备等等，也就是我们所研究的变压器冷却控制系统的核心部分。
2.变压器的温度采集及温度处理模块
在变压器的风扇冷却自动控制系统中，第一步进行的就是对变压器上层油温进行的温度采集工作。变压器的温度采集是由变压器的温度控制器来实现的，其中包括铂电极、传感器以及变送器。经过温度控制器输出的信号进入变送器，变送器送出一个4—20毫安的电流信号，然后将此电流信号通过控制芯片上的电阻元件实现电流电压信号的转换，转换后的电压是在0.4—2（伏特）之间，然后将此电压信号输入到TLC1543数模转换器，进行信号处理。变送器输出信号有电流和电压信号两种，考虑到变压器安装的位置（室外）距本控制装置（室内）有一定的距离，电流信号不易损失，故选择了4—20毫安的电流信号。
3. 11通道10位串行A/D转换器
A/D转换器具有输入通道多、转换精度高、传输速度快、使用灵活和价格低廉等优点，是一种高性价的模数转换器。它有三个输入端和一个3态输出端：片选（CS），输入/输出时钟（I/0CLOCK），地址输入和数据输出（DATAOUT）。这样通过一个直接的四线接口与卞处理器或外围的串行口通讯。片内还有14通道多路选择器可以选择11个输入中的任何一个三个内部自测试（self-test）电压中的一个。
通过单片机自动控制冷却器的各种运行状态并能精确监测变压器的油温和冷却器的各种运行、故障状态，显示了比传统的控制模式的优越性。第一能够对变压器油温进行监测与控制；第二实现了变压器冷却器依据不同油温的分组投切，延长了冷却器的使用寿命，有较好的经济意义；第三实现了冷却系统的各种状况，如油温、风扇投切和故障等信息的上传，便于值班员、调度员随时掌握情况。
由于固态继电器实现了变压器的无触点控制，解决了传统的控制回路的弊端，同时此控制装置具有电机回路断相与过载的保护功能。由于使用了单片机，因而具有一定的智能特征，实现了油温、风扇的投入、退出和故障等信号的显示以及上传等。通过实际运行表明，该装置的研制是比较成功的。但今后，我们还应该对固态继电器本身的保护进行一些研究，以免主回路因电流过大而造成固态继电器的损坏，以使变压器冷却风机冷却控制回路更加完善。
六、结束语
综上，未来主变压器的冷却风机控制方式想着智能化、网络化、科学化的方向发展。在保证主变压器的安全运行的前提下，尽可能节约厂用电，从而实现节省环保的功能。
参考文献：
[1]王国光.变电站综合自动化系统二次回路及运行维护.北京，中国电力出版社，2005
[2]张全元.变电运行现场技术问题.北京，中国电力出版社，2009.
[3]王楠，董琳琳.无人值守变电站开关室风机自动控制系统.山东科学.2003，16（4）：15-17
【关键词】 主变压器；冷却风机；控制方式
一、前言
随着经济的发展和用户用电需求的增加，主变压器的容量也是日益增加。作为清洁无污染的水电资源，在现有资源紧缺的现状下也是出现了蓬勃发展的迹象。如何有效合理的解决主变压器散热问题，合理的冷却风机控制方式成为了解决问题的关键。
二、主变压器冷却方式
主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。
1.油浸自冷式就是以油的自然对流作用将热量带到油箱壁和散热管，然后依靠空气的对流传导将热量散发，它没有特制的冷却设备。
2.油浸风冷式是在油浸自冷式的基础上，在油箱壁或散热管上加装风扇，利用吹风机帮助冷却。加装风冷后可使变压器的容量增加30%～35%。
3.强迫油循环冷却方式，又分强油风冷和强油水冷两种。它是把变压器中的油，利用油泵打入油冷却器后再复回油箱。油冷却器做成容易散热的特殊形状，利用风扇吹风或循环水作冷却介质，把热量带走。这种方式若把油的循环速度比自然对流时提高3倍，则变压器可增加容量30%。
采用强油冷却方式的变压器的注意点：应当注意冷却器全停的问题，因为强油冷却方式通常都是大型变压器，其发热量比较大，一旦冷却器全停后温度上升很快，一般最高不允许超过75摄氏度，而且有些变压器出于对变压器保护接有温度保护，一旦冷却器全停后会延时跳闸。变压器停运后最好两小时后再将冷却器停运，为的是防止局部过热。
三、影响主变压器室内温度变化的因素分析
变压器室内温度的变化一方面与变压器本体散热有关，另一方面与外界空气的热对流密切联系。
1.变压器室内温度与环境温度呈正相关
根据中国天气网提供的天气温度数据，可以看出，气温随季节显著变化，夏秋两季温度持续偏高。在不启动冷却风机的情况下，测得变压器室内的温度与外部环境温度呈正相关关系由此可以看出，变压器室内温度比室外气温偏高，但整体呈正相关关系，即室外气温越高，变压器室内温度也随之升高。在温度较高的夏秋季，变压器室内温度普遍较高，此时要更关注冷却风机运转的散热效果。
2.冷却风机启动数量与室内温度
一般来说，变压器室内冷却风机启动的数量越多，空气对流越快速，室内温度下降得越快。也就是说，为达到同样的降温效果，启动的冷却风机越多，所需的时间就越少。因此，在变压器室温度较高时，为了快速降温，需要启动更多的冷却风机，但也意味着所消耗的电量更多。
3.变压器室内温度与负荷
当变压器所带负荷越多时，即电流越大时，变压器发热越严重，变压器室的温度也就越高。变压器室的温度与负荷变化呈正相关的关系。
四、现有冷却控制方式分析探讨
手动时候同时控制2组4台风机启停；自动方式下设计有2种控制方式：一是温控器控制，当主变压器油温达到65℃时启动2组4台风机对主变压器进行冷却，55℃时停止；二是过电流继电器控制，即主变压器负荷电流大于整定值时启动2组4台风机对主变压器进行冷却。在自动控制方式存在几点值得探讨的地方：一是无论是温控器控制还是过电流继电器控制都是同时启动4台风机，控制方式不灵活。
而且根据投运以来这段时间的观察，变压器（户外型）的油温一般都在60℃左右，这不仅不利于降低厂用电率，也不利于大多数情况下变压器的冷却；二是无论整定温控器先启动风机还是电流过负荷先启动风机，一旦前者动作使风机启动后，后者即使達到整定值再启动风机进行冷却，也没有更多的风机供启动，失去了进一步冷却的意义。另外一个值得探讨的地方是，假如温控器和过电流继电器都达到了整定值，随着风机启动冷却变压器的油温逐渐下降，即使变压器的油温低于55℃，风机也不会停止，或者根据调度或者水情的需要，1号主变所在的单元l号机组或2号机组负荷降低，致使主变负荷电流小于整定值，此时也不会停止风机，这种情况下极大地浪费了厂用电。
综上。我们可以对主变压器风扇投入与切除的温度范围进行自行设定，也可以按照用户的要求而变化。在传统控制方式中，风扇投切的温度限制值是不能改变的，此外，风扇电机的启动和停止温度有一余量，不像传统的控制方式中是一个定值，避免了频繁启动的缺陷，此外还有运行、故障保护及报警等信号的显示及其与控制中心或调度中心的通讯，上传这些信息，如变压器油温、风扇运行状态有无故障等。至于风扇的分组投切设置是为了节约电能，具有一定的经济意义，但这个分组数不宜过多，以免控制复杂，且散热效果不佳。
五、控制方式智能化改进措施
控制器主要由单片机、A/D转换器、键盘控制芯片，输出模块、通讯模块以及自动复位电路等组成，其中单片机是控制器的核心，AID转换器是把输入信号转换为数字信号。
1.单片机
经过A/D转换器后输出的数字量输入到单片机中，同时在进行了温度参数的设置以后，进行它的输出控制，其中包括了变压器的温度显示、状态显示、以及声音报警设备等等，也就是我们所研究的变压器冷却控制系统的核心部分。
2.变压器的温度采集及温度处理模块
在变压器的风扇冷却自动控制系统中，第一步进行的就是对变压器上层油温进行的温度采集工作。变压器的温度采集是由变压器的温度控制器来实现的，其中包括铂电极、传感器以及变送器。经过温度控制器输出的信号进入变送器，变送器送出一个4—20毫安的电流信号，然后将此电流信号通过控制芯片上的电阻元件实现电流电压信号的转换，转换后的电压是在0.4—2（伏特）之间，然后将此电压信号输入到TLC1543数模转换器，进行信号处理。变送器输出信号有电流和电压信号两种，考虑到变压器安装的位置（室外）距本控制装置（室内）有一定的距离，电流信号不易损失，故选择了4—20毫安的电流信号。
3. 11通道10位串行A/D转换器
A/D转换器具有输入通道多、转换精度高、传输速度快、使用灵活和价格低廉等优点，是一种高性价的模数转换器。它有三个输入端和一个3态输出端：片选（CS），输入/输出时钟（I/0CLOCK），地址输入和数据输出（DATAOUT）。这样通过一个直接的四线接口与卞处理器或外围的串行口通讯。片内还有14通道多路选择器可以选择11个输入中的任何一个三个内部自测试（self-test）电压中的一个。
通过单片机自动控制冷却器的各种运行状态并能精确监测变压器的油温和冷却器的各种运行、故障状态，显示了比传统的控制模式的优越性。第一能够对变压器油温进行监测与控制；第二实现了变压器冷却器依据不同油温的分组投切，延长了冷却器的使用寿命，有较好的经济意义；第三实现了冷却系统的各种状况，如油温、风扇投切和故障等信息的上传，便于值班员、调度员随时掌握情况。
由于固态继电器实现了变压器的无触点控制，解决了传统的控制回路的弊端，同时此控制装置具有电机回路断相与过载的保护功能。由于使用了单片机，因而具有一定的智能特征，实现了油温、风扇的投入、退出和故障等信号的显示以及上传等。通过实际运行表明，该装置的研制是比较成功的。但今后，我们还应该对固态继电器本身的保护进行一些研究，以免主回路因电流过大而造成固态继电器的损坏，以使变压器冷却风机冷却控制回路更加完善。
六、结束语
综上，未来主变压器的冷却风机控制方式想着智能化、网络化、科学化的方向发展。在保证主变压器的安全运行的前提下，尽可能节约厂用电，从而实现节省环保的功能。
参考文献：
[1]王国光.变电站综合自动化系统二次回路及运行维护.北京，中国电力出版社，2005
[2]张全元.变电运行现场技术问题.北京，中国电力出版社，2009.
[3]王楠，董琳琳.无人值守变电站开关室风机自动控制系统.山东科学.2003，16（4）：15-17