【正文】 ，因負(fù)荷和氣溫驟降，雖然已將變壓器輔助冷卻器停運(yùn)，但變壓器油溫仍降至 30℃以下，也就是油溫的變化幅度超過了環(huán)境溫度的變化。運(yùn)行中為滿足變壓器的各種運(yùn)行工況，一般要求冷卻器 1 臺(tái)備用（運(yùn)行冷卻器故障時(shí)可自動(dòng)投入運(yùn)行）、 1臺(tái)輔助（變壓器負(fù)荷電流大于 70％額定電流或變壓器頂層油溫高于某一定值時(shí)自動(dòng)投入運(yùn)行）、其余所有冷卻器全部投入運(yùn)行 [10]。強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻系統(tǒng)由風(fēng)冷卻器和風(fēng)冷控制控制裝置兩部分組成，下面就對(duì)冷卻系統(tǒng)這兩部分的工作原理及我國運(yùn)行大型變壓器冷卻裝置的配置和特點(diǎn)進(jìn)行分析和介紹。能試驗(yàn)運(yùn)行表明，該裝置運(yùn)行可 靠，控制準(zhǔn)確，具有顯著節(jié)能、延長設(shè)備壽命效果 [40]。介紹了自動(dòng)投切功能模塊的軟件設(shè)計(jì)和通訊模塊軟件設(shè)計(jì)。 強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷主變壓器 提出了一種以 AT89C51 單片機(jī)和固態(tài)繼電器 SSR 為主要控制器件的強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷變壓器冷卻系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置的原理和實(shí)現(xiàn)方法 [8]。油冷卻器做成容易散熱的特殊形狀，利用風(fēng)扇吹風(fēng)或循環(huán)水作冷卻介質(zhì)，把熱量帶走。加裝風(fēng)冷后可使變壓器的容量增加 30%～ 35%。自然油循環(huán)風(fēng)冷散熱方式是利用變壓器繞組及鐵心發(fā)熱后，本體內(nèi)的油形成對(duì)流，油流經(jīng)散熱器后，由冷卻風(fēng)扇吹 出的風(fēng)將熱量帶走，從而達(dá)到散熱的目的，這種冷卻方式主要用于中小型變壓器 。第四種冷卻方式只在個(gè)別大型變壓器上采用，目前包頭供電局尚無此種冷卻方式的變壓器。 變壓器的冷卻方式 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 5 主要有自然油循環(huán)自冷、自然油循環(huán)風(fēng)冷、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷和強(qiáng)迫油循環(huán)水冷四種散熱方式 [8]。通過上述分析可知，變壓器的散熱問題直接影響到變壓器的負(fù)荷能力和使用壽命，如何有效地對(duì)變壓器實(shí)施風(fēng)冷控制，以保證繞組熱點(diǎn)溫度不超過規(guī)定值是一個(gè)非常重要的問題。如果繞組溫度保持在 105℃，則根據(jù) 6℃規(guī)則其使用壽命將降低一倍還多。鐵芯溫度高于繞組溫度，而在高度方向的 50%以上，繞組溫度高于鐵芯溫度，且繞組最熱點(diǎn)溫度高于鐵芯最熱點(diǎn)溫度，因此，變壓器運(yùn)行規(guī)程上規(guī)定繞組最熱點(diǎn)溫度不得越限。只要使變壓 器在溫度較高的時(shí)間內(nèi)所多損失的壽命，與變壓器在溫度較低時(shí)間內(nèi)所少損失的壽命相互補(bǔ)償，則變壓器的預(yù)期壽命可以和恒溫 98℃運(yùn)行時(shí)的壽命等值。反之，如果不規(guī)定變壓器的最高容許溫度，或者將該值規(guī)定過高，則變壓器又可能達(dá)不到正常的預(yù)期壽命。根據(jù)絕緣老化 6℃規(guī)則，如維持變壓器繞組熱點(diǎn)溫度在 98℃，可以獲得正常預(yù)期壽命。這種絕緣老化受溫度、濕度、氧氣和油中劣化物的影響，其中溫度是促成絕緣老化的直接和主要原因，變壓器運(yùn)行溫度越高，則絕 緣老化速度就越快 [8]。由于繼電設(shè)備自身的局限問題，改造不能大幅度提高控制裝置的安全可靠性和實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的功能和控制策略，但文獻(xiàn)提出的冷卻控制裝置的問題和改造思路、方案對(duì) 設(shè)計(jì)開發(fā)具有指導(dǎo)意義 [10]。從理論角度分析變壓器油流帶電產(chǎn)生的原理，并對(duì)影響油流帶電的因素和產(chǎn)生條件進(jìn)行了分析，同時(shí)也提出了一些預(yù)防及改善油流帶電現(xiàn)象的措施。強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器油流帶電問題的研究 [9]。強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷變壓器電源自投切換回路運(yùn)行的分析，并針對(duì)缺陷提出了具體的改造措施，為冷卻裝置的可靠供電提供了保障。 冷卻控制裝置研究現(xiàn)狀 目前國內(nèi)運(yùn)行的電力變壓器冷卻及其 控制裝置現(xiàn)狀的分析和研究。 PLC 具有可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)、功能強(qiáng)大、智能化等優(yōu)點(diǎn)，采用 PLC 實(shí)現(xiàn)變壓器冷卻裝置的控制，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器油溫的精確控制；控制功能通過編程實(shí)現(xiàn)，極大的簡化了系統(tǒng)接線，提高了裝置本身的可靠性；完善了對(duì)冷卻器的保護(hù)和控制，提高了它的可靠性和工作壽命；此外還可以通過通信實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方監(jiān)視冷卻系統(tǒng)運(yùn)行。繼電式控制裝置因控制系統(tǒng)故障而使變壓器冷卻系統(tǒng)帶病運(yùn)行，嚴(yán)重地影響了變壓器的可靠運(yùn)行，已不適應(yīng)于現(xiàn)如今電網(wǎng)的發(fā)展。為了保證變壓器安全，穩(wěn)定，經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，要隨時(shí)檢測變壓器的油溫并由冷卻控制裝置控制冷卻器組運(yùn)行來控制變壓器油溫的變化，使其油溫維持在一個(gè)固定的范圍內(nèi)。變壓器的溫升影響它的帶負(fù)荷能力，同時(shí)會(huì)加速變壓器繞組和鐵芯所采用絕緣材料的老化，影響它的使用壽命。另一種是負(fù)載損耗，與負(fù)載電流的平方成正比。 論文的背景和意義 在輸變電系統(tǒng)中，變壓器是實(shí)現(xiàn)電能轉(zhuǎn)換的最基本、最重要的設(shè)備，對(duì)供電可靠性有著重大的影響。因此，如何使變壓器最大限度地散熱，是變壓器生產(chǎn)廠家的重要課題，也是電力部門在生產(chǎn)運(yùn)行中需要特別關(guān)注的問題。分析與計(jì)算表明，變壓器損耗的增加與其額定容量的 3/4 次方成比例，而冷卻表面的增加只與額定容量的 1/2 次方成比例。根據(jù)研究，變壓器繞組每升高 6℃，使用年限將縮短一半，此即所謂的絕緣老化 6℃規(guī)則 [1] 。分析與測試均表明，變壓器產(chǎn)生的熱量 80%以上集中于繞組和鐵心，它直接影響著變壓器的出力。變壓器的損耗主要是銅耗和鐵耗，而這些損耗最終均轉(zhuǎn)化為熱量，從而使變壓器的油 溫和鐵心溫度升高。因此，變壓器能否正常運(yùn)行對(duì)于電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 1 畢業(yè)論文 基于 PLC大型電力變壓器冷卻控制的研究 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 2 第一章 引言 電力變壓器是發(fā)電廠和變電所的最重要設(shè)備之一。隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和電壓等級(jí)的提高，在電能輸送過程中，電壓轉(zhuǎn)換層次有增多的趨勢，要求系統(tǒng)中的變壓器總量己由過去的 5— 7 倍發(fā)電總?cè)萘?，增加?9— 10 倍發(fā)電總?cè)萘俊? 變壓器的效率雖然很高，但系統(tǒng)中每年變壓器總的電能耗仍然是一個(gè)相當(dāng)大的數(shù)目。變壓器的銅耗和鐵耗產(chǎn)生的熱量主要以傳導(dǎo)和對(duì)流的方式向外擴(kuò)散，變壓器運(yùn)行時(shí)，各部分的溫度分布極不均勻。通過計(jì)算以及運(yùn)行實(shí)踐證明，變壓器最熱點(diǎn)溫度維持在 98℃以下時(shí)，變壓器能獲得正常使用年限 (20— 30 年 )?？梢姡瑴囟葘?duì)變壓器的使用壽命有著至關(guān)重要的影響。可見，變壓器的容量越大，其散熱問題就越突出。因此要對(duì)變壓器進(jìn)行冷卻控制 [3]。變壓器在運(yùn)行中是有損耗的，一種是空載損耗，它與負(fù)荷大小無關(guān) 。變壓器運(yùn)行中產(chǎn)生的損耗將轉(zhuǎn)換為熱量散發(fā)出來，使變壓器繞組、 鐵芯和變壓器油溫上升。 變壓器運(yùn)行中所帶負(fù)荷隨時(shí)都在發(fā)生變化，這將使變壓器的損耗也隨之發(fā)生變化，從而造成變壓器油溫的變化；同時(shí)不管是一年四季環(huán)境氣溫的變化，還是每天晝夜氣溫的變化，也都造成了變壓器油溫的變化。但目前大型電力變壓器的冷卻控制仍然主要采用傳統(tǒng)的繼電式控制 方式，這種控制方式存在許多弊端：控制回路接線復(fù)雜、可靠性差、故障率較高、維護(hù)工作量大，造成冷卻器運(yùn)行不均衡，影響冷卻器組使用壽命，同時(shí)不利于節(jié)能；變壓器負(fù)荷波動(dòng)較大造成變壓器油溫變化時(shí)，因采用溫度硬觸點(diǎn)控制，造成冷卻器組頻繁啟停，降低了冷卻器組的河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 3 使用壽命 ,同時(shí)加重了油流帶電現(xiàn)象；不能對(duì)冷卻器風(fēng)扇、油泵電動(dòng)機(jī)提供完善的保護(hù)。本課題針對(duì)存在的問題提出并研制了基于 PLC 的大型變壓器冷卻控制裝置 [4]。隨著對(duì)電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行要求的不斷提高，本文提出的基于 PLC 的大型變壓器冷卻控制裝置的研制，對(duì)變壓器及電網(wǎng)安全、可靠運(yùn)行有重要意義和實(shí)用價(jià)值 [26]。文獻(xiàn)分析了我國大型電力變壓器冷卻裝置配置情況、運(yùn)行特點(diǎn)和對(duì)變壓器運(yùn)行的影響，電力負(fù)荷變化和環(huán)境氣溫變化造成的變壓器運(yùn)行中溫度變化和對(duì)變壓器運(yùn)行影響的分析。有文獻(xiàn)提出了單負(fù)載雙電源切換控制及缺相保護(hù)控制電路和雙負(fù)載雙電源切換控制電路的原理和實(shí)現(xiàn)方法，對(duì)冷卻控制裝置電源控制部分的設(shè)計(jì)提供了借鑒。從試驗(yàn)的角度對(duì)變壓器局部放電現(xiàn)象進(jìn)行 相關(guān)試驗(yàn)并測量結(jié)果，從試驗(yàn)結(jié)果上對(duì)油流帶電現(xiàn)象進(jìn)行了分析和探討，并提出了一些預(yù)防及改善油流帶電現(xiàn)象的措施。針對(duì)繼電式控制裝置存在的問題和設(shè)計(jì)上存在的缺陷很多文獻(xiàn)針對(duì)具體故障分析故障原因，提出了具體的改造措施和方案，在運(yùn)行中取得了一定的效果。 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 4 第二章 變壓器的冷卻方式 及控制系統(tǒng)運(yùn)行分析 變壓器風(fēng)冷控制策略 變壓器的使用壽命主要取決于其絕緣介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度，而絕緣介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度在長期運(yùn)行過程中受物理和化學(xué)作用的影響會(huì)出現(xiàn)絕緣老化。研究表明，對(duì)于采用 A 級(jí)絕緣的變壓器，當(dāng)最熱點(diǎn)溫度為 98℃時(shí)，變壓器能獲得正常預(yù)期壽命 20— 30 年，而溫度每升高 6℃，則變壓器壽命縮短一半， 此即所謂的絕緣老化 6℃規(guī)則。實(shí)際上繞組溫度受氣溫和負(fù)荷波動(dòng)的影響，變化范圍很大，如果將繞組最高允許溫度規(guī)定為 98℃，則大部分時(shí)間內(nèi)，繞組溫度達(dá)不到此值，亦即變壓器的負(fù)荷能力未得到充分利用。工程上是利用等值老化原則來解決這一問題的，即在一部分運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，根據(jù)運(yùn)行要求，允許繞組溫度大于 98℃，而在另一部分時(shí)間內(nèi)使繞組溫度小于 98℃。變壓器運(yùn)行時(shí)，其發(fā)熱部分為繞組和鐵芯，因而在變壓器各部分中，繞組和鐵芯溫度是最高的。國標(biāo) GB109471中規(guī)定 A級(jí)絕緣的變壓器其繞組對(duì)空氣的溫升是 65℃，而最高環(huán)境溫度為 40℃，則繞組最熱點(diǎn)的溫度限值為 65+40=105℃。但這是變壓器的極限溫度，由于環(huán)境溫度一般小于 40℃，所以變壓器工作在105℃的時(shí)間是很少的，根據(jù)等值老化原則，這時(shí)不應(yīng)當(dāng)限負(fù)荷。對(duì)于自然油循環(huán)風(fēng)冷變壓器而言，繞組散熱是借助于變壓器油的循環(huán)而實(shí)現(xiàn)的，從溫度測量方面看，繞組溫度不易測量，工程上都是采用測量油溫的方法，因此，根據(jù)油溫進(jìn)行 風(fēng)冷控制是一個(gè)很自然的思路，即當(dāng)油溫較高時(shí)，控制冷卻風(fēng)扇開啟，而當(dāng)油溫較低時(shí)，控制冷卻風(fēng)扇退出 [7]。第一種冷卻方式主要是小型配電變壓器采用，不涉及風(fēng)冷控制問題。第二、三種冷卻方式是變電站廣泛采用的散熱方式。 強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷散熱方式通過油泵的作用，使變壓器內(nèi)的油被迫快速循環(huán)，在油流經(jīng)散熱器時(shí)，由冷卻風(fēng)扇吹出的風(fēng)將熱量帶走，這種冷卻方式主要用于大中型變壓器， 它 是在油浸自冷式的基礎(chǔ)上，在油箱壁或散熱管上加裝風(fēng)扇，利用吹風(fēng)機(jī)幫助冷卻。 強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻方式，它是把變壓器中的油，利用油泵打入油冷卻器后再復(fù)回油箱。這種方式若把油的循環(huán) 速度比自然對(duì)流時(shí)提高 3倍，則變壓器可增加容量30%,因此采用 強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻方式 對(duì)大型電力變壓器進(jìn)行冷卻控制。裝置以變壓器負(fù)荷、油面溫度結(jié)合的控制策略，進(jìn)行冷卻器的投切控制，以冷卻器組累積運(yùn)行時(shí)間基本均衡為原則進(jìn)行循環(huán)投切。裝置還具有保護(hù)、故障定位、信息顯示、通訊等功。 強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷卻器及控制器的結(jié)構(gòu)和工作原理 [9] 冷卻系統(tǒng)是變壓器的重要組成部分，它的工作保證了變壓器各部分的溫度保持在規(guī)定值以內(nèi)。 現(xiàn)行大型變壓器冷卻裝置的配置和缺陷 目前我國大型電力變壓器冷卻裝置的配置情況是：根據(jù)變壓器容量的大小，配置數(shù)組強(qiáng)油風(fēng)冷卻器，每組風(fēng)冷卻器由 1臺(tái)油泵和 3～ 4臺(tái)風(fēng)扇組成。 上述的冷卻裝置配置有其不盡人意的地方，在夏季高溫天氣時(shí)，變壓器滿負(fù)荷運(yùn)行，變河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 6 壓器冷卻裝置全部投入，但其上層油溫仍高達(dá) 70℃左右。 在冬季負(fù)荷較低或特別寒冷的季節(jié)，因油溫過低，不得不對(duì)其進(jìn)行加油，這對(duì)變壓器的安全運(yùn)行和壽命將十分不利，這些都對(duì)變壓器的運(yùn)行和壽命產(chǎn)生不利影響，反映出現(xiàn)行配置的變壓器冷卻裝置存在的設(shè)計(jì)和使用上的缺陷 [10]。通過分析主要存在以下不足 [9]： 、接觸器和其他器件實(shí)現(xiàn)，控制裝置的線路復(fù)雜、接點(diǎn)接線較多，導(dǎo)致控制裝置可靠性低、故障率高，維護(hù)工作量大。 。如果輔助冷卻器的油泵、風(fēng)扇電機(jī)啟動(dòng)過于頻繁 ,還會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致熱繼電器動(dòng)作，從而使輔助冷卻器退出運(yùn)行，這樣會(huì)縮短冷卻器電氣設(shè)備的使用壽命。 、輔助、備用和停止 4 種固定狀態(tài)不能在線調(diào)整。 ，一方面造成啟動(dòng)電流過大，另一方面多個(gè)潛油泵突然啟動(dòng)會(huì)加重變壓器油流帶電現(xiàn)象。 制回路存在設(shè)計(jì)缺陷。 大型油冷變壓器發(fā)熱和散熱計(jì)算 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文 7 引起變壓器運(yùn)行中整體溫度變化的原因主要有變壓器的損耗和環(huán)境氣溫的影響。本節(jié)對(duì)變壓器損耗、散熱進(jìn)行計(jì)算、分析 [6]。變壓器空載損耗在變壓器投運(yùn)后就一直存在，不隨變壓器所帶負(fù)載的大小變化；負(fù)載損耗則隨變壓器所帶負(fù)荷的大小而改變，與負(fù)荷電流的平方成正比，變壓器總損耗在不同負(fù)載時(shí)的計(jì)算公式為 20 1 0p p p p I R? 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