主變壓器是變電站內的最為關鍵電氣設備。深圳地區電壓等級高的變電站一般采用強迫油風冷循環（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具有可靠性高、抗干擾能力強、功能強大、智能化等優點。

　　1 緒論

　　主變壓器是變電站內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、強迫油循環風冷。深圳地區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。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220 kV及以上變電站主要采用強迫油循環（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。如此時溫度繼續升高達到一定值的時候，則啟動強迫油循環風冷。

　　2 強迫油循環風冷卻系統

　　2.1 強迫油循環風冷冷卻器

　　冷卻系統主要由熱交換器、循環油泵、冷卻風扇，及產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，使得油與冷卻介質空氣進行熱交換的冷卻系統。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；在集油室內焊接有隔板，以形成多個回路的油循環回路。潛油泵安裝在本體下方，導風筒安裝在本體外側，風扇電動機安裝在風筒內，流速繼電器安裝在潛油泵出油端的聯管上，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 強迫油循環風冷系統的控制原理

　　強迫油循環風冷卻系統的控制裝置由安裝在每個冷卻器下方，內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在電源故障時停止運轉，一般要求應有兩路獨立的交流電源，通過轉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電源與系統母線斷開，經延時確認后接通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：“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，表示冷卻器內部管路發生故障，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，經過延時后自動啟動備用冷卻器，并發出故障信號。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能夠發出故障信號的回路，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，發出冷卻器全停信號，并經延時后使得斷路器跳閘，從而將變壓器從電力系統上切除；當某一路電源發生故障時發出故障信號；當工作、輔助冷卻器發生故障，備用冷卻器投入時，發出故障信號；當備用冷卻器投入運行后產生故障時發出故障信號。

　　3 可編程邏輯控制器（PLC）在冷卻器控制系統中的應用

　　3.1 PLC系統概述

　　常規變壓器的冷卻一般采用強迫油循環風冷卻方式。該冷卻系統主要由熱交換器、循環油泵、風扇，及產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生控制邏輯來實現。冷卻器的轉換一般只能手動切換，就地及遠方控制和監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進行改造，例如深圳某220 kV變電站站就已經采用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），是一種數字運算操作的電子系統，它采用可編程序存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序控制、定時、計數和算術運算等操作指令，并通過數字式，模擬式的輸入和輸出控制各種類型的機械或生產過程。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，油流狀態，變壓器油面溫度、繞組溫度等等；而且能根據冷卻器工作情況和油流狀態判斷出油泵運行是否正常，將各種信息通過以太網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對比分析

　　3.2.1 控制系統的性能及可靠性

　　傳統的變壓器冷卻控制系統使用了大量的繼電器，由于二次觸點接觸不良容易從而產生的故障頻發，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，可以實現集中管理，分散控制。

　　3.2.2 控制系統的安裝、調試工作量

　　傳統的冷卻控制系統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的程序調試，輸入信號用小開關來模擬，通過PLC的發光二極管觀察輸出信號的狀態，發現問題通過修改程序就可以解決，系統的調試時間少了很多。

　　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生的熱量進行散熱。現此種冷卻方式的冷卻系統通過改造，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的建設。

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