武威 方纯蓓 杨东方 范浩然 郭志召

摘 要：分析了温度对变压器油纸绝缘以及油流带电的影响，阐述了控制油温对确保变压器使用寿命和运行可靠性的积极意义。结合长期运行维护的实际情况，指出了传统变压器冷却器控制策略的弊端，并对其提出了适当的改进措施，为今后进行变压器冷却器控制策略的改变提供理论依据和具体思路。

关键词：变压器；温度；冷却器；控制策略

电力变压器是电力系统不可或缺的关键性设备，直接关系着电力系统安全运行和电网供电的可靠性。变压器绕组的温度会随着电力负载的增大而显著提高，从而传导到变压器油，对电力变压器的油纸绝缘等特性带来深刻影响，危害电力变压器的设备安全，缩减其使用寿命。变压器冷却器是有效改善变压器内部环境温度的重要装置，对变压器冷却器控制策略的相关研究具有重大的现实意义。

1 温度对变压器的影响

温度可以深刻影响变压器油纸绝缘老化的热老化进程，并与变压器油流带电现象的产生存在一定关联性，影响变压器的经济运行。

1.1 温度对变压器油纸绝缘的影响

热老化、电老化、环境老化和机械老化等共同构成了变压器的油纸绝缘老化进程，而对变压器油纸绝缘老化起决定性作用的是热老化[ 1 ]。文献[ 2 ]指出影响变压器绝缘老化的因素主要有：温度、电场、水分、氧气、酸以及光、机械应力、微生物等，温度通过作用于热老化的化学反应速率影响油纸绝缘热老化的进程。一般热老化的化学反应速率越高，由热老化决定的绝缘寿命越低。相关研究表明，针对各种类型的绝缘，温度每升高8～12℃将会导致绝缘寿命缩短一半[ 3 ]。

另外，温度的升高会影响变压器油的氧化速率，导致变压器油PH值减小，沉淀物增多，危害变压器的正常运行[ 4 ]。有研究表明，温度升高还可能导致变压器油和绝缘纸板的电导电流增加[ 5 ]，降低其介电特性和绝缘水平。

1.2 温度对油流带电的影响

对于采用强迫油循环冷却方式的电力变压器，绝缘油既作为绝缘介质，又充当冷却介质，其循环流动过程中會造成油纸绝缘表面电荷分离、积聚的现象，即为油流带电[ 6 ]。

油流带电不仅会对变压器油道的绝缘性能造成损害，还会导致存在于变压器油中的游离电荷的泄放能力降低[ 7 ]，对变压器安全、稳定运行产生不利影响，危害供电系统供电的可靠性。

相关研究表明，变压器油温是影响变压器油流带电的主要因素之一，适当控制变压器油温是抑制油流带电的重要措施[ 8-9 ]。

由此可见，改善变压器内部环境温度变化情况，对变压器运行安全所具有的积极意义。本文阐述了传统的强迫油循环风冷变压器的基本控制方法，提出了其缺点并对此进行改进，以期使其控制策略更为合理。

2 传统变压器冷却器控制策略

现在运行的变压器冷却器的基本控制策略如下：

根据设备使用方实际情况，设置一定数量的冷却器充当工作组、辅助组和备用组，工作组冷却器长期处于运行状态，辅助组冷却器在变压器油温或者变压器负荷电流达到某个限度值时启动。当温度或负荷电流降回到相应数值时，冷却器工作一段时间后停止工作，辅助组也可以酌情划分为第一辅助组、第二辅助组等。备用组是为了防止某个控制模块或者冷却器出现故障时，影响变压器的冷却而设置的。

为实现上述控制逻辑，设备制造商通常只考虑各变压器冷却器的均衡工作，即每隔一定的时间间隔对各冷却器的工作时间按工作时间由少到多的顺序进行排序，按照顺序分别安排下一周期的工作组、辅助组和备用组。

这种控制策略确实可以保证设备的均衡利用，延长冷却器的使用寿命。但同时也存在较多不足：

2.1 环境温度权衡不足

在我国的大部分区域，四季变换带来的环境温差很大，尤其是寒冷的冬季，环境温度本身对变压器降温具有较好的作用。而驱动冷却器工作的核心参考是变压器油面温度和环境温度的相对值，传统的控制策略不能根据季节的变化做出一定的调整，造成大量的能源浪费。

2.2 降温欠均衡

传统的变压器冷却器控制策略由于各种原因往往不能保证降温的均衡性，往往出现变压器一边运行冷却器组数小于另一边的情形。这对变压器油的使用寿命是不利的。

2.3 油泵和风机不能实现无极调节

传统变压器冷却器的基本控制逻辑只涉及风机和油泵的起停，对于其转速的调节几乎没有考虑，导致冷却器运行、退出过程阶梯性强，油流扰动大，调节性能差。

3 变压器冷却器控制策略改进探讨

针对传统变压器冷却器控制过程中环境温度权衡不足以及降温欠均衡的缺点，对其冷却器控制策略做出相应改进，如下：

1）根据外界环境温度的差异将冷却器工作模式分为3种：春秋季模式、夏季模式和冬季模式。并对不同工作模式下的相应温度控制策略做出调整，工作模式的具体划分情况见表1。

2）增加变压器降温均衡控制逻辑，确保变压器两侧运行冷却器数目相同，使变压器内部温度降温更加均衡。同时对每台风扇和油泵实施独立驱动，改变冷却器成组运行的做法，使控制精度提高。控制方法更趋灵活，并节约电能，延缓变压器油更换时间。

3）对冷却器的风机和油泵实施变频调速，利用变频器实现对风机和油泵输出的线性调节，从而使风机和油泵实现无极调速，减小对变压器内部油流扰动的影响。

改进的变压器冷却器控制策略实施过程如图1所示。

4 结论

合理控制变压器油温，可以更好地保护变压器油纸绝缘特性及其电导特性，延缓变压器油更换频率，对维护变压器正常的使用寿命具有极大的积极意义。传统变压器冷却器的控制策略具有诸多的缺点，通过适当的改进可以提高其冷却性能，并节约能源。但改进的方法还有待进一步实际运行验证。

参考文献：

[1] 廖瑞金，杨丽君，郑含博，汪可，马志钦.电力变压器油纸绝缘热老化研究综述[J].电工技术学报，2012，27（5）：1-12.

[2] 冯运.电力变压器油纸绝缘老化特性及机理研究[D].重庆：重庆大学，2007.

[3] 杨丽君.变压器油纸绝缘老化特征量与寿命评估方法研究[D].重庆：重庆大学，2009.

[4] 陈星宇.高温运行对变压器油稳定性的影响[J].变压器，2014，51（4）：74-77.

[5] 周远翔，沙彦超，陈维江，卢理成，聶德鑫，伍志荣，邓建钢.变压器油与绝缘纸板电导特性研究[J].电网技术，2013，37（9）：2527-2533.

[6] 张燕秉，郑劲，聂定珍.大型换流变压器油流带电问题的分析[J].电网技术，2006，30（23）：6-10.

[7] 李川，张贤明，顾宏，徐君，余成洲.变压器油流带电现象及其影响因素分析[J].变压器，2008，45（2）：29-32.

[8] 王菊芬，孟浩龙.变压器油流带电现象[J].高电压技术，2008，34（5）：878-882.

[9] 李忠全，许鹏.1000kV特高压变压器油流带电分析及抑制对策[J].高电压技术，2010，36（4）：907-911.

作者简介：武威（1988-），男，工程师，大客户经理班班长，主要从事高压业扩报装、用电业务变更、用户变电站用电检查等工作。