潘雄1 张峰2 蔡珍珍3 何健明4
1、广东电网有限责任公司广州供电局，广州?510310 2、广东电网有限责任公司佛山供电局，佛山?528000
3、广东电网有限责任公司佛山供电局，佛山?528000 4、广东电网有限责任公司佛山供电局，佛山?528000
摘要：在电力系统中，变压器发挥着改变电压等级、输送交流电能的重要作用，在日常运行中，变压器的负载损耗会产生热量，使变压器温度升高，此时就需要冷却器来可靠降温，当冷却系统电源发生故障或电源电压降低时，应自动投入备用电源，另外根据运维策略要求，应每月进行一次冷却器电源自动切换工作。由于变电站数量多，位置偏远，工作流程繁琐，运维成本高，所以设计一种冷却器定时自动切换与故障检测装置意义重大，既能可靠切换，又能实时进行故障检测，有效提高了工作效率。
关键词：变压器；冷却器；自动切换；故障检测
引言
变压器在运行时会产生空载损耗和负载损耗，这两种损耗将会转变为热能，使变压器温度升高，通过变压器的油温和绕组温度来反应，油浸式变压器的绕组温升规定不能超过65℃，如果不及时把热量散发出去，过高的温度就会造成变压器效率降低、绝缘损坏、使用寿命缩短[1]。目前大型主变一般采用风冷或强迫油循环风冷，加快变压器内部的上层热油与下部冷油对流，再经过冷却器冷却后流回油箱，使变压器运行在允许温升范围内，保证主变压器的安全运行。
主变冷却器动力电源采用两路独立电源供电，两路电源互为备用，当冷却系统电源发生故障或电压降低时，应自动投入备用电源，如果一旦某个元件发生故障造成冷却器不能自动切换至备用电源，在冷却器全停的情况下，可能导致主变跳闸事故，根据运维策略要求，应每月进行一次冷却器电源自动切换工作，以检验冷却器是否能够自动切换，然而由于变电站数量多，位置偏远，工作流程繁琐，人员有限，导致运维成本高，所以设计一种冷却器定时自动切换与故障检测装置具有重要意义，既能可靠进行自动切换，又能实时进行故障检测，提高了工作效率，实现了基层减负，还能可靠保障变压器的安全稳定运行。
1 常规电源自动切换原理
主变常规冷却器电源切换回路如图 1 所示，两个交流接触器KM1 和KM2 各自使用对方的常闭节点构成控制回路，实现互锁自动投切的功能。其中KM1 控制回路为红色线路所示，KM2 控制回路为绿色线路所示。双电源自动投切装置运行时一备一用，先上电回路为主回路，后上电回路为备用回路；接触器设计有机械按钮可控制断开，按钮可用于现场设置主回路和备用回路，也可用于定时检测动作是否正常。
图1 互锁双电源自动切换装置
正常时，冷却器电源采用主回路供电，当主回路电源失压或者缺相等故障时，主回路退出，自动接通备用回路，由备用回路供电，同时发出异常告警信号，便于进行检查，一旦主供电源恢复正常，此时冷却器会自动切回主回路供电，同时断开备用电源的供电回路，以实现两路电源的自动投切[2]。
2 定时自动切换设计原理
2.1 回路设计原理
主变冷却器电源定时自动切换装置，如图 2 所示，为了设计出智能化投切装置[3]，主要是选用两个常闭继电器（KU1 和KU2）分别串联进入KM1 和KM2 的控制回路，装置分别采样原边电压V1 和V2、原边电流I1 和I2，以及副边电压V3，并设计电流产生电路R 和常开继电器KU3。
图2 智能化投切电路原理图
KU1 和KU2 选择常闭继电器，保证在智能化投切装置掉电或者故障时原来的双电源互锁回路不受影响，需要试验时通过控制 KU1 或KU2 脱扣即可实现。KU3 选择常开继电器，在有必要时才投入，避免给主回路增加不必要的负载损耗。
为了与运维策略要求相一致，可以将软件设计动作时间为一个月。
设备采样原边电压 V1、V2 和 V3，在 V1、V2 和V3 正常情况下方可试验，若 V1、V2 有某路电源异常，则设备禁止试验并报电源输入故障告警，若 V3 异常则报双电源投切装置故障，并切换到备用回路运行，从而保证负载正常工作。
设备正常运行时，KU1 和KU2 不动作，保证控制主回路畅通，试验时，先断开运行回路的继电器（即当前有电流的那一回路的接触器），断开 1s 后复归，测试到备用电源正常投入使用后（即V3 正常），再断开备用电源控制回路控制继电器（也即切回主回路），断开 1s 后复归。
可以通过V3 判断双电源是否切换到副边，若 V3 异常，则会报设备双电源投切装置异常告警信号。
判断主用电源与备用的方式是通过 I1 和 I2来判断，当 I1 和 I2 都为 0 时，则通过投入负载回路所产生的电流来判断。
当装置出现V3 异常，报双电源投切装置投切故障时，需要进行紧急检修，而当I1 和I2 同时存在电流，会报双电源辅助触点故障，也需要进行检修。
2.2装置设计框架
装置的大体设计框架图如图 3 所示：
图3 装置设计框架图
装置主要设计了5路模拟量采样电路，即采集 9条交流相电压和2条原边交流电流，通过每一相电压是否正常来判断电源是否欠压或者缺相故障。
装置还设计了触摸屏，完成设备的人机交换功能，并且设计2路控制输出回路，从而控制交流接触器的导通与断开，实现定时自动切换主变冷却器电源的作用，装置与后台的通信问题，采用3路硬节点告警信号和1路485通信，3路硬节点告警信号分别提供1号交流电源故障告警信息、2 号交流电源故障告警信息和接触器故障告警信息，485通信软件设计标准的Modbus通信规约，传输原边1号的3个交流相电压、原边2号的3个交流相电压、副边的3个交流相电压、设备工作单相电流以及故障信息等装置测量信息，通过整个框架各模块的共同作用，实现电源回路的定时切换功能以及装置实时监测告警功能。
3 定时自动切换应用特点
切换装置的主菜单界面如图4所示：
图4 装置主界面图
通过主界面图的系统配置功能，可以先进行参数配置，将原副边的相电压告警上限设置为250V， 告警下限为200V，自动判断备用与主用周期为 1200分钟，备用与主用最低判定电流为0.06A，自动测试投切试验周期30天，双电源故障判定电流为0.1A，即两路电源电流都大于 0.1A 则为故障状态。装置正常投入运行后，会对原边和副边的信息进行监测，如图5主界面数据显示图。
图5 主界面数据显示图
装置可以实时监测2路原边交流电压和1路副边交流电压的相关信息，并且从当前数据信息与当前告警信号可以判断两路交流电源是否正常运行，并且可以实现手动和自动测试双电源回路，定时进行回路自动切换以及实时的故障检测功能。
4结论
通过对于传统冷却器双电源自动切换回路的改进，可以实现冷却器电源回路的定时自动切换功能以及故障检测功能，一方面可以确保主变压器的正常运行，可以实时检测切换装置的运行状态，另一方面也可以节约人力资源和运维成本，对于电网的智能化发展提出一定的改进方向，具有十分重要的推广意义。
参考文献
[1]余大成，冯洋，赵冬梅.基于PLC控制的主变冷却器系统的改造[J].电工电气,2014,(1):24-28.
[2]王文杭，王海鸥.基于Arduino的主变冷却器远程监控系统[J]，电工技术，2017,4(A):1-2.
[3]程晓东，顾黎明，周晨.智能变压器冷却器控制系统的应用[J].浙江电力，2010,(8):9-11.