大容量變壓器冷卻器的電源控制迴路設計

2020-12-20 電氣新科技

為了保證變壓器冷卻器的正常、可靠的運行，必須設計出可靠的電源。討論了變壓器冷卻器不同的電源接線方式，指出輻射式接線方案2為最佳接線方式。為實現這種接線方式的自動控制功能，詳細分析了有關的設計迴路，該迴路有兩個獨立的工作電源並能自動切換，當工作電源故障時，自動投人備用電源。能夠完成自動切換故障功能、自動投入功能和自動恢復功能。

1 引言

隨著高壓、超高壓電網的快速發展，大容量變壓器得到了廣泛的應用，而冷卻器是這類變壓器正常運行必不可少的元件。對冷卻器實現可靠的自動控制是保證這些變壓器安全運行的基本要求。目前，大容量變壓器大都是在環境比較惡劣戶外運行，其冷卻器自然也處於這種環境中。為了保證冷卻器的正常、可靠的運行，必須設計出可靠的電源。

2 控制電源接線方式的選擇

規程規定正常情況下這樣的變壓器不允許無冷卻器裝置運行，在冷卻器全停故障時只能運行20分鐘。為此，控制電源採用雙迴路供電方式，分別取之不同的低壓母線，設為控制電源I和控制電源II。分為輻射式供電（如圖1）和環形供電（如圖2）。

2.1輻射式接線方案1

圖1 輻射式供電

該方案控制電源I和控制電源II分別取之不同的低壓母線。正常時，由控制電源I供電。當控制電源I故障時，由控制電源II供電；當控制電源II故障時，由控制電源I供電。控制電源I和控制電源II互為明備用。為了確保這兩路控制電源的壽命均衡，通常按月進行定期輪流切換。比如奇數月由控制電源I供電，偶數月由控制電源II供電。

2.2輻射式接線方案2

該方案控制電源I和控制電源II分別取之不同的低壓母線。正常時，控制電源I對一半冷卻器（冷卻器I組，稱為工作冷卻器）供電，控制電源II對另一半冷卻器（冷卻器II組，稱為備用冷卻器）供電，備用開關斷開。當控制電源I故障時，自動或手動合上備用開關，由控制電源II同時向冷卻器I組和II組供電；當控制電源II故障時，自動或手動合上備用開關，由控制電源I同時向冷卻器I組和II組供電。控制電源I和控制電源II互為暗備用。

2.3環形接線方案

圖2 環形供電

該方案控制電源I和控制電源II分別取之不同的低壓母線。針對6組冷卻器，採用環形接線連接起來。正常時，控制開關ZKK3斷開，控制電源I和控制電源II分別帶一半冷卻器，即控制電源I對冷卻器1、3、5組（稱為工作冷卻器）供電，控制電源II對2、4、6組（稱為備用冷卻器）供電。當任一組冷卻器電故障，可以將其隔離進行處理，不影響其它冷卻器的工作。比如，冷卻器3故障，可以斷開控制開關ZKK1、ZKK2，合上ZKK3、ZKK4、ZKK5，由控制電源II給冷卻器5供電。

2.4方案比較

表1 方案比較

通過分析比較，採用輻射式接線方案2，當任一段冷卻器電源小母線上有故障時，備用開關不投入，由非故障段電源保證有三組冷卻器正常運行。當任意一段電源跳開時，備用開關會自動投入，保證全部冷卻器投入運行。

3 電源控制迴路的設計

根據文獻[1]進行分析，電源控制迴路的設計如圖3所示。正常時，KM1 ,KM2工作，KM3不工作。圖中電容器C的作用，當三個電容器C的電流不平衡，使KC1(或KC2)線圈帶電，用於完成迴路的自動控制。按鈕AN為復位按鈕。QK為操作開關，正常時其①②觸點接通。

3.1自動切換故障功能

（1）單相接地短路或兩相相間短路故障

當任一段低壓小母線發生單相接地短路或兩相相間短路故障時，交流接觸器KM1或KM2將自動跳開380 V電源斷電。這類故障發生時，流過三相電容器C的電流不平衡，KC1(KC2)得電勵磁，其動斷觸點自動切斷勵KM3啟動迴路，KM3不能啟動。

（2）三相金屬性短路故障

當任一段低壓小母線發生三相金屬性短路時，三相電容器C中流過平衡電流，KC1(KC2)不能得電勵磁，其不能閉鎖KM3啟動迴路，KM3啟動，但此時為最大短路電流運行方式，KM3的三個熔絲FU熔斷，將故障切除，保證另一段冷卻器電源小母線正常供電。

圖3 電源控制迴路

3.2自動投入功能

當任意一段380V 電源失電時，電壓繼電器Y1(Y2)線圈失電，其動合接點Y1-1(Y2-1)打開，動斷接點Y1-3(Y2-3)閉合。同時，時間繼電器JC1(JC2)線圈失電，其動斷接點延時閉合，操作開關QK手把的①②觸點接通，三相電容器C無不平衡電流，KC1(KC2)不能得電勵磁，動斷接點KC1-1(KC1)均閉合，由於有一段電源失電，KM1(或KM2)交流接觸器斷開後，其動斷接點KM 1(或KM2 )閉合，從而構成通路，使KM3線圈帶電，交流接觸器KM3啟動，維持冷卻器兩段電源小母線正常供電。

3.3自動恢復

當380V故障電源排除故障恢復供電時，電源繼電器Y1、Y2線圈均帶電，動斷接點Y1-3、Y3-3打開，切斷KM3啟動迴路，KM1(或KM2)合上，恢復到正常運行狀態。

4 結束語

由於輻射式接線方案2克服了輻射式接線方案1冷卻器全停概率高的缺點，又避免了環形供電方案接線複雜，投資維護成本高的弊端。此外，該方案能夠保證在其中一段母線故障時，部分冷卻器仍然能繼續運行，有效的延長了事故處理時間，提高了變壓器運行的可靠性。故最終選擇了輻射式接線方案2（見圖1（b））作為冷卻器電源的接線方式。

《電力變壓器運行規程》規定，強迫油循環風冷變壓器冷卻裝置應符合如下要求[2]：

（1）冷卻系統有兩個獨立的工作電源並能自動切換，當工作電源故障時，自動投人備用電源且發出音響和燈光信號；

（2）當切除故障冷卻器時發出音響和燈光信號，並自動投人備用冷卻器

這是對冷卻器的電源控制迴路設計的基本要求。在設計中應當遵照執行。對大容量變壓器冷卻器的電源控制迴路的設計進行分析，有利於更好的做好對冷卻器控制迴路的操作和維護，對確保大容量變壓器的安全穩定運行乃至高壓、超高壓電網的安全穩定運行具有重要意義。

編自《電氣技術》，原文標題為「大容量變壓器冷卻器電源控制迴路設計分析」，作者為趙宏傑。

相關焦點

  • 變壓器冷卻器的作用與原理
    變壓器冷卻器的作用 　　當變壓器上層油溫與下部油溫產生溫差時，通過冷卻器形成油溫對流，經冷卻器冷卻後流回油箱，起到降低變壓器溫度的作用。 　　變壓器冷卻器的工作原理 　　傳統的電力變壓器是由人工控制的風機，並且每一臺的變壓器都有6組的風冷式的電動機需要被控制，而每一組的風機是要依賴熱繼電器來實現的，風機電源的迴路通過接觸器進行控制，風機通過對變壓器的油溫以及變壓器的過負荷進程測量，從而通過邏輯判斷來確定風機的啟動和停止。
  • 變壓器損耗檢測的電源設備設計
    近年來變壓器特別是中小型變壓器質量參差不齊，電網公司普遍加強檢測，但試驗電源容量難題一直困擾著工作人員，沒有確實的數據就沒有說服力。筆者經過實際探索和運用，重新設計系統配置，優化傳統技術，提高測量準確性，並能適用於較大型的配電變壓器，為電力系統更好地開展變壓器容量與損耗檢測項目提供參考。
  • 控制變壓器-什麼是單相控制變壓器
    什麼叫控制變壓器？在必須高安全係數的數控車床或別的電器設備上，控制迴路的電源務必應用低壓，有的應用127V，有的應用36V，因此務必將380V或220電壓從100-150W的變壓器改成這類電壓，這類變壓器稱之為控制變壓器，或稱之為線燈變壓器。bk50控制變壓器接線方法。
  • 雙電源供電與雙迴路供電的區別
    我們首先從定義上了解下雙電源與雙迴路：（1）雙電源：一種由微處理器控制，用於電網系統中網電與網電或網電與發電機電源啟動切換的裝置，可使電源連續源供電。二路電源來自不同的變電所（或一路電源一路發電機）。（2）雙迴路：一個負荷有兩個供電電源的迴路。
  • 整流變壓器的容量以及基本整流線路
    按用途分類，整流變壓器分為冶金、化工和牽引用三大類。它們在調壓方式、調壓範圍和二次側相電壓上有所區別，共同特點是二次電壓低、電流大。為了提高整流效率，二次側的相數一般不少於三相，有時採用六相、十二相或者加移相線圈。　　四象限整流變壓器與普通變壓器除結構上有所區別外，在負載特性上也不相同。電力變壓器的二次負載一般認為是恆定阻抗，輸出電流為正弦波形。
  • 開關電源能替代低頻變壓器嗎 淺談開關電源下的變壓器
    ，同時也包含了上下端整流部分，而不論是哪個頻率段的變壓器也只是變壓而已，沒有整流功能； 　　4、開關電源：與傳統電源相比，具有功耗小、效率高、體積小、重量輕、穩壓範圍寬等特點，廣泛用於計算機及外圍設備、通信、自動控制、家用電器等領域。
  • 開關電源正激式變壓器的工作原理解析
    正激式變壓器開關電源有一個最大的缺點，就是在控制開關 K 關斷的瞬間開關電源變壓器的初、次線圈繞組都會產生很高的反電動勢，這個反電動勢是由流過變壓器初線圈繞組的勵磁電流存儲的磁能量產生的。因此，在圖 1-17 中，為了防止在控制開關 K 關斷瞬間產生反電動勢擊穿開關器件，在開關電源變壓器中增加一個反電動勢能量吸收反饋線圈N3 繞組，以及增加了一個削反峰二極體D3。
  • 雙電源供電與雙迴路供電的區別是什麼?別再傻傻分不清了!
    雙迴路供電是指二個變電所或一個變電所二個倉位出來的同等電壓的二條線路。當一條線路有故障停電時，另一條線路可以馬上切換投入使用，電氣設計在線教學狄老師。雙電源供電和雙迴路供電，人們一般都認為是一碼事，互相混叫。但是本人認為是有一些區別的。
  • 高性價比的數字控制迴路電池測試儀設計案例
    顯然，需要一種可處理不同電壓、容量和外形尺寸且成本效益好、多量程的電池測試解決方案。本文介紹了數字控制迴路電池測試儀的優勢，並提供了一個靈活且具備較高性價比的電池測試設計示例。 數字控制迴路的優勢 電池測試儀的主要功能是控制和監控電池的充放電情況。圖1所示為開關式電池測試儀的原理框圖。可在模擬或數字模式下實現控制部分。
  • 剖析Flyback變換器的高頻迴路
    如果能找到一些通用的方法，在設計過程中預防或避免出現噪聲問題，那就能大大地加快設計進程。本文以應用最廣的Flyback變換器為例，通過深入分析高頻迴路，探討如何選擇適當的器件和布線技巧，來減少高頻迴路對變換器性能的影響，如何權衡採取的布線措施與其它設計要求相互的衝突。2.
  • 電源設計小貼士:注意SEPIC耦合電感迴路電流(1)
    在這篇《電源設計小貼士》中，我們將確定 SEPIC 拓撲中耦合電感的一些漏電感要求。在不要求主級電路和次級電路之間電氣隔離且輸入電壓高於或者低於輸出電壓時，SEPIC 是一種非常有用的拓撲。在要求短路電路保護時，我們可以使用它來代替升壓轉換器。
  • 電源變壓器的作用_電源變壓器的選用原則
    電源變壓器是一種軟磁電磁元件，功能是功率傳送、電壓變換和絕緣隔離，在電源技術中和電力電子技術中得到廣泛的應用。根據傳送功率的大小，電源變壓器可以分為幾檔：10kVA以上為大功率，10kVA～0.5kVA為中功率，0.5kVA～25VA為小功率，25VA以下為微功率。傳送功率不同，電源變壓器的設計也不一樣，應當是不言而喻的。
  • 減少開關電源變壓器損耗方法與開關電源變壓器的渦流損耗分析
    開關電源變壓器是加入了開關管的電源變壓器，在電路中除了普通變壓器的電壓變換功能，還兼具絕緣隔離與功率傳送功能一般用在開關電源等涉及高頻電路的場合。開關電源變壓器和開關管一起構成一個自激（或他激）式的間歇震蕩器，從而把輸入直流電壓調製成一個高頻脈衝電壓。
  • 高頻開關電源電源變壓器的簡析 三大組成要素
    很多電子產品中都是高頻開關電源，我們設計者和維護人員就不得不對開關電源的變壓器有所了解。高頻開關變壓器在電源中的作用是變壓和隔離。1. 變壓又可以分為升壓和降壓兩種，大部分的開關電源都是降壓的。這類電子產品有臺式機電源，筆記本適配器，手機充電器，電視機電源，LED電源，電飯煲冰箱電磁爐輔助電源等等，都是交流90-264V輸入(寬範圍)經過整流橋，大電容整流濾波，得到一個高壓直流電。
  • 開關電源功率變壓器的設計秘笈
    1、開關電源功率變壓器的特性功率變壓器是開關電源中非常重要的部件，它和普通電源變壓器一樣也是通過磁耦合來傳輸能量的。（2）避免瞬態飽和一般工頻電源變壓器的工作磁通密度設計在B－H曲線接近拐點處，因而在通電瞬間由於變壓器磁心的嚴重飽和而產生極大的浪湧電流。它衰減得很快，持續時間一般只有幾個周期。對於脈衝變壓器而言如果工作磁通密度選擇較大，在通電瞬間就會發生磁飽和。
  • 電源技巧:如何找到電源開關迴路
    在成功的電源設計中，電源布局是其中最重要的一個環節。但是，在如何做到這一點方面，每個人都有自己的觀點和理由。
  • 10T真空自耗電弧爐用2×20kA/60V直流電源的設計與應用
    二、10T鈦合金熔煉真空自耗爐用2×20kA/60V直流電源系統的構成及工作原理分析　　10T鈦合金熔煉真空自耗爐工藝要求配套直流電源輸出額定參數為40kA/60V，在此之前國產的此類用途的電源容量最大僅30kA/50V，圖1給出了系統的總原理框圖，從圖顯見，其構成可分為主電路及控制電路兩大部分，下面分別分析各部分的工作原理
  • 自耦變壓器電流、電壓、容量關係分析及設計
    自耦變壓器電流、電壓、容量關係分析及設計只有單個線圈的變壓器，叫做自耦變壓器，自耦變壓器有單相的，也有三相的，和普通變壓器一樣，自耦變壓器既可是升壓變壓器，也可是降壓變壓器，圖1.1是這兩種型式變壓器的電路圖。
  • 對逆變器、轉換器、變壓器和整流器之間的區別分析
    在針對特定的電源輸入和輸出進行設計時，了解逆變器、轉換器、變壓器和整流器之間的區別必不可少。 逆變器： 1、直流電可以通過震蕩電路變為交流電；        2、得到的交流電再通過線圈升壓（這時得到的是方形波的交流電）；        3、對得到的交流電進行整流得到正弦波。
  • 變壓器運行常見故障怎樣處理——民熔資深專家的寶藏方法來了
    如果溫升是由於冷卻系統故障，並且不能在運行中修復，則應停機檢修；如果不能立即停止檢修，值班人員應根據現場規定，在允許的工作溫度下，將變壓器的負荷調整到相應的容量。在正常負載和冷卻條件下，若變壓器溫度異常並持續上升，經檢查溫度指示正確，則認為變壓器內部故障，應立即停運變壓器。如果最高油溫超過105℃，應立即降低負荷。