主變風冷控制回路異常分析與處理

李 炎, 孫 瑞, 徐 強

(國網安徽省電力有限公司超高壓分公司, 安徽 合肥 230022)

0 引言

主變壓器是電網的核心設備，主要作用是變換電壓，以利于功率的傳輸，其能否安全運行，關系到電網的安危。由于運行時變壓器的空載損耗與負載損耗會產生大量的熱量，變壓器的油溫會隨著負載和環(huán)境溫度的增加而上升。為保證變壓器油溫不超過變壓器絕緣所允許的溫度，必須采取有效的方式進行冷卻，對于超高壓主變一般采取外冷卻方式。文章以油浸風冷的冷卻方式為例，當主變冷卻回路發(fā)生故障時，嚴重時將導致主變的冷卻回路停止工作，因此對主變風冷回路的運行維護工作異常重要[1]。

1 主變風冷的作用

主變在運行過程中會產生鐵損和銅損，這兩部分損耗全部轉化為熱量，使鐵芯和繞組發(fā)熱，溫升直接影響變壓器絕緣材料的壽命、機械強度、負荷能力及使用年限。變壓器油箱內充滿了變壓器油，變壓器油的作用是絕緣和散熱。變壓器油可以增加變壓器內部各部件的絕緣強度。變壓器繞組的絕緣多采用A級絕緣，因此繞組的溫升為65 ℃。當溫度在80 ℃到140 ℃之間，溫度每增加6 ℃，絕緣壽命將要減少一半[2]。

為延長主變絕緣壽命，需要在主變變壓器油溫度較高時進行冷卻。在正常帶負荷運行時油溫越高，油密度越小。因此主變上層油溫比下層油溫高，當上下層油溫產生溫差時，經過冷卻器使油溫迅速降低，較低的油溫自然下降到變壓器底部形成油溫對流，流回油箱，起到油溫降低的作用。

當主變通過油溫高低自然形成對流則稱為自然風冷；當自然對流無法滿足冷卻需求時，增加一臺潛油泵而增加油流則稱為強迫油循環(huán)方式。

2 主變風冷回路的原理

2.1 主變風冷電源回路

對于強油循環(huán)風冷變壓器，在運行中，當冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障切除全部冷卻器時，變壓器在額定負載下可運行20 min。20 min以后，當油面溫度尚未達到75 ℃時，允許上升到75 ℃，但冷卻器全停的最長運行時間不得超過1 h。對于油浸風冷的冷卻系統(tǒng)部分風扇停止運行后，頂層油溫不超過65 ℃時，允許帶額定負載運行。當主變風冷電源一旦失去，則冷卻系統(tǒng)停止運行，油溫將無法控制在合格范圍內，因此將冷卻系統(tǒng)定義為站內重要負荷，需要雙路電源供電，兩路電源不得取自同一380 V站用主母線上，且當任一電源故障時，另一路電源可自動投入運行[3]。

圖1 典型主變風冷電源切換回路圖

圖1為典型的主變風冷電源切換回路，相序繼電器(KX1、KX2)監(jiān)測雙路電源相序、斷相、欠壓等不正常工況。SA1為雙電源切換開關，當切至Ⅰ段電源為主電源時1～2、5～6輔助接點導通，當切至Ⅱ段電源為主電源時3～4、7～8輔助接點導通。正常當Ⅰ段電源為主電源工作時，KA1繼電器得電，KA1常閉接點21～22斷開，KMS1交流接觸器得電，KMS1常開接點閉合，此時交流風機為Ⅰ段電源供電。當檢測到Ⅰ段電源故障時，KX1繼電器失電，KX1繼電器15～18常開接點斷開，KMS1交流接觸器失電，KMS1常開接點斷開。KA1的常閉接點21～22導通，KMS2交流接觸器得電，KMS2常開接點閉合，此時電源切換至Ⅱ段電源供電。

2.2 主變風冷控制回路

典型主變風冷控制回路如圖2所示，主變投入電網時，自動投入冷卻器控制回路。當切除主變后，自動切除冷卻器控制回路，即圖1中的KA11常閉觸點。該觸點由主變電源開關輔助觸點并聯(lián)后串聯(lián)KA11中間繼電器回路控制。

風機啟動分為按上層油溫啟動及按負荷啟動方式。當主變上層油溫達到一組風機啟動定值時，第一組風機同時啟動。當主變上層油溫低于第一組風機停止定值時，第一組風機停止。當主變上層油溫達到第二組風機啟動定值時，第二組風機同時啟動。當主變上層油溫低于第二組風機停止定值時，第二組風機停止。當主變負荷達到負荷啟動定值時(一般為70%負荷)，啟動全部風扇[4]。

當主變風機控制開關SA2切至手動位置所有風機全部啟動。當主變風機控制開關SA2切至自動位置，主變風機將按照油溫或者負荷定值進行啟動。

圖2 典型主變風冷控制回路圖

當主變風機的雙路電源全部失電或者風機轉換開關切至手動位置、風機達到負荷啟動定值、溫度達到啟動定值等情況下風機卻未能成功啟動，經一定延時將會對應報警。

3 主變風冷回路的運行維護

風冷回路正常工作時，變壓器油溫、油位應在合格范圍內，主變負載或油溫與主變風機投入組數(shù)相匹配，冷卻器風扇運轉方向正確、無異常振動和雜音，冷卻器閥門開啟正確、各冷卻器手感溫度相近、冷卻器無滲漏油，主變風冷控制箱內各開關切換把手、空開狀態(tài)、繼電器吸合狀態(tài)位置正確、報警指示燈無異常告警等。

3.1 風冷信號回路的現(xiàn)象與原因

主變風冷信號回路反映風冷回路各種運行工況，并通過硬接線或軟報文的方式將現(xiàn)場實際工況發(fā)送至監(jiān)控后臺處，供運維或監(jiān)控人員在正常情況下開展對風冷系統(tǒng)的巡視及異常情況下能夠及時發(fā)現(xiàn)并定位異常范圍。

常見風冷系統(tǒng)的異常信號及信號產生原因如表1所示。

表1 典型風冷異常信號及產生原因

3.2 主變風冷系統(tǒng)運行維護方法

1)按照規(guī)定周期對現(xiàn)場設備、環(huán)境及監(jiān)控信號進行巡視，發(fā)現(xiàn)異常情況及時按照相關規(guī)程進行檢查處理并匯報。

2)定期按照現(xiàn)場作業(yè)指導卡開展主變風冷電源切換試驗，按照流程開展電源切換試驗，避免長期不運行電源回路存在故障無法及時發(fā)現(xiàn)處置，確保雙電源均可靠供電。

3)定期開展主變風冷電機首啟動輪換試驗，編制作業(yè)指導卡，按照流程開展風機首啟動輪換試驗，避免次啟動電機長期達不到啟動值，處于不運行狀態(tài)，在高溫或大負荷期間風機卡死等情況，無法啟動，確保每一組風機均可靠運行。

4)如果主變風冷電機首啟動無法輪換，應根據(jù)環(huán)境溫度及負荷情況定期開展風機全啟動工作。避免次啟動風機長時間無法運行，導致在高溫大負荷來臨之前無法按時投入運行。同時應當對風機輪換接線或者PLC系統(tǒng)進行修改驗證，使之滿足風冷電機首啟動輪換邏輯。

4 典型故障分析

4.1 故障現(xiàn)象

監(jiān)控后臺：“2號主變A相Ⅱ段電源故障”光字牌點亮不熄滅?！?號主變本體測控-A相Ⅱ段電源故障”報文發(fā)出不復歸。

主變現(xiàn)場：主變風冷控制箱內A相故障報警HR1燈閃光，且報警蜂鳴器響?，F(xiàn)場風機運行正確。

4.2 處置步驟

1)首先核實現(xiàn)場主變負載、油溫、繞溫溫度是否正常，檢查風機運轉狀況是否與定值相匹配，是否影響主變正常運行。檢查A相Ⅱ段電源空開QF2是否在合位。檢查主變風冷回路有無明顯異常。

2)查詢風冷電源切換回路圖，如圖1所示，用萬用表對主變A相Ⅱ段電源空開QF2下端口進行逐相實測，測量結果顯示電壓正常，說明電源故障告警是由于二次回路導致，而非電源本身故障導致。

3)查詢風冷控制回路及信號回路圖，如圖2所示，風冷Ⅱ段電源故障信號由KA2繼電器常閉接點發(fā)出。正常KA1與KA2繼電器分別監(jiān)視一段電源回路與二段電源回路，且均是帶電狀態(tài)。當KA2繼電器失電時，Ⅱ段電源故障信號告警將會發(fā)出。經過測量，KA2電源回路接點A1電壓為0。沿著接線依次查找發(fā)現(xiàn)KX2繼電器常開接點18電壓為0 V，接點15電壓為220 V。故初步判斷故障點為KX2相序繼電器常開接點未正常閉合導致KA2繼電器無法得電。

4)檢查KX2相序繼電器電源回路A1、A2觸點電壓測量正確。檢查KX2繼電器15～18常開觸點電阻為無窮大，說明故障原因是由于KX2相序繼電器的常開觸點未能正常吸合導致。

5)檢查相序繼電器無備用常開觸點后，向調度申請斷開主變風冷Ⅱ段電源空開QF2，并更換相序繼電器KX2。經過試送，Ⅱ段電源故障信號消失，故障排除。

5 結論

主變風冷回路的運行工況直接影響主變可靠運行。因大多室外端子箱內均未配置空調，導致端子箱內溫度會隨著室外環(huán)境溫度的變化而變化，甚至變化幅度更大。而繼電器長時間工作在較為惡劣的環(huán)境下，可靠運行時間就會大大縮短?，F(xiàn)場一方面應根據(jù)實際情況改善繼電器的工作條件，延長使用壽命，另一方面應加強員工培訓及相關備件的儲備，尤其是在高溫大負荷來臨之前應加強對現(xiàn)場設備的巡視，減少因繼電器本身故障導致風冷系統(tǒng)二次回路無法正常工作的情況發(fā)生，提高設備的可靠運行。