某電站主變冷卻器全停事件分析

方坤坤，李世華，杜陳君

(天生橋一級水力發(fā)電廠，貴州 黔西南 562400)

0 引言

某電站位于貴州省安龍縣和廣西壯族自治區(qū)隆林各族自治縣交界處的珠江流域西江水系紅水河上游的南盤江上，電站總裝機容量為4×300 MW。1998年12月首臺機組投入運行，2000年11月，4臺機組全部投入運行，作為紅水河上級的龍頭電站，在國家“西電東送”中起到重要作用。

該電站主變冷卻器是由西安變壓器廠生產(chǎn)的ZBK41007-89型強迫油循環(huán)風(fēng)冷卻器。根據(jù)變壓器的負(fù)荷情況(空載、75 %額定負(fù)荷及以下，75 %額定負(fù)荷以上)、變壓器頂層油溫，使用風(fēng)冷卻器臺數(shù)=(1.5×變壓器75 ℃時總損耗，kW)/(所選單臺風(fēng)冷卻器額定冷卻容量，kW)。冷卻器在變壓器中起到了冷卻的作用，其能夠有效地降低變壓器的溫度，使變壓器散發(fā)的熱能與產(chǎn)生的熱能達(dá)到平衡，防止變壓器超溫跳閘。根據(jù)DL/T 572—2010《電力變壓器運行規(guī)程》，對于強迫油循環(huán)風(fēng)冷和強迫油循環(huán)水冷變壓器，在運行中，當(dāng)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(fù)載下允許運行20 min。當(dāng)油面溫度尚未達(dá)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。這是因為強油循環(huán)冷卻風(fēng)冷或水冷變壓器冷卻器全停，在負(fù)荷和環(huán)境溫度不變的情況下，變壓器繞組溫度、油面溫度上升超時運行時，將對變壓器內(nèi)部絕緣材料造成很大威脅，會加速絕緣老化；如果處理不及時或處理不當(dāng)，甚至?xí)斐勺儔浩骼@組絕緣擊穿損壞或更大的電網(wǎng)事故。

1 事件經(jīng)過

2021-08-06T15：14：54上位機報“3 號主變溫度異?！?，中控值班員立即查看上位機全廠溫度監(jiān)視頁面，發(fā)現(xiàn)此時3號機主變溫度70.1 ℃，查看工業(yè)電視發(fā)現(xiàn)3號主變冷卻器全停，一名值班員立即前往現(xiàn)場，一名值班員電話通知值長及檢修相關(guān)人員。

現(xiàn)地檢查主變冷卻器控制柜有事件記錄：2021-08-06T14：42：03 K 連接中斷：PLC1，站 2，機架0 (該信息表示觸摸屏與CPU通信中斷)。3號發(fā)變組保護(hù)無報警信號。值班員手動啟動3號機組5組主變冷卻器，3號主變溫度開始逐漸下降至正常值。

15：20接值長令，開啟2號機組并網(wǎng)進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移。15：54 3號機組停穩(wěn)。

查詢歷史曲線發(fā)現(xiàn)：3號主變溫度于14：41由60.7 ℃左右開始爬升，至 15：23 溫度達(dá)到 70 ℃，上位機報“3號主變溫度異常”。

2 事件檢查情況

技術(shù)人員趕到現(xiàn)場后，至3號機單機室檢查發(fā)現(xiàn)3號機發(fā)變組保護(hù)A屏非電氣量保護(hù)裝置DGT801E未收到3號機主變冷卻器全停信號，未見異常。

現(xiàn)地檢查3號機組400 V自用電a段主變冷卻器1號電源4321及自用電b段主變冷卻器2號電源4326均未跳閘，兩路電源均正常供電。

現(xiàn)地檢查主變冷卻器控制柜有事件記錄：2021-08-06T14：42：03 K 連接中斷：PLC1，站 2，機架0 (該信息表示觸摸屏與CPU通信中斷)，3號主變冷卻器控制系統(tǒng)PLC CPU運行(RUN)指示燈未點亮，停止運行(STOP)燈點亮，DO板件所有開出信號燈熄滅，未開出3號主變冷卻器全停信號給發(fā)變組保護(hù)裝置。

3 事件原因分析

3號主變冷卻器控制系統(tǒng)PLC故障是本次事件的直接原因。主變冷卻器控制系統(tǒng)所有報警信號均由主變冷卻器控制系統(tǒng)PLC開出(均使用常開接點)，3號主變冷卻器控制系統(tǒng)PLC故障后，主變冷卻器停運且報警信號不能正常開出給發(fā)變組保護(hù)及計算機監(jiān)控系統(tǒng)，導(dǎo)致該事件的發(fā)生。計算機監(jiān)控系統(tǒng)“3號主變溫度異?！眻缶盘栍?號主變油溫表計直送機組LCU，在本次事件中起到了間接報警作用。

4 技術(shù)改造方向

(1) 更換3號主變冷卻器控制系統(tǒng)PLC CPU板件，故障板件返廠檢測。將現(xiàn)場檢查處理情況反饋給設(shè)備廠家技術(shù)人員，并查閱西門子PLC技術(shù)資料，無法準(zhǔn)確查明PLC故障原因。

(2) 優(yōu)化主變冷卻器控制功能。此事件暴露出了原有控制功能不完善的問題，當(dāng)PLC故障時主變冷卻器應(yīng)能繼續(xù)保持原有狀態(tài)運行。盡快開展調(diào)研工作，咨詢設(shè)備廠家和類似電廠，掌握新的技術(shù)控制措施，將PLC開出命令改為脈沖量，增加主變冷卻器運行自保持回路，確保PLC故障時主變冷卻器不會停止運行。

(3) 進(jìn)一步完善至機組現(xiàn)地控制單元(local contorl unit，LCU)的信號回路。此事件暴露出了原有信號回路設(shè)計不完善的問題，如沒有將PLC故障信號上送監(jiān)控，沒有直接監(jiān)測主變冷卻器全停的信號回路等。在2021—2022年機組檢修期修改新增信號回路，將主變冷卻器控制系統(tǒng)PLC故障上送監(jiān)控信號；設(shè)計直接監(jiān)測主變冷卻器全停的信號回路，當(dāng)PLC故障時也能直接監(jiān)測冷卻器狀態(tài)。

(4) 完善主變冷卻器控制系統(tǒng)GPS對時回路。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備情況，增加主變冷卻器控制系統(tǒng)GPS對時回路。

5 設(shè)備改造措施

在不更換主變冷卻器系統(tǒng)控制柜的前提下，通過升級硬件、新增電氣元器件、現(xiàn)場配線、更新PLC軟件完成此次系統(tǒng)優(yōu)化工作。主要措施內(nèi)容如下：

(1) 主變冷卻器控制系統(tǒng)硬件升級，包括新增元器件、Modbus/TCP通信裝置、交換機等。

(2) 主變冷卻器控制柜內(nèi)部回路優(yōu)化，包括動力回路、控制回路和報警回路設(shè)計優(yōu)化及現(xiàn)場配線工作。

(3) 主變冷卻器控制系統(tǒng)PLC軟件優(yōu)化，完善系統(tǒng)相關(guān)控制策略、報警策略和信號輸出；實現(xiàn)系統(tǒng)相關(guān)信號經(jīng)Modbus/TCP通信上送監(jiān)控系統(tǒng)功能；實現(xiàn)系統(tǒng)對時功能。

(4) 系統(tǒng)新增信號電纜、光纜敷設(shè)及接入工作。

(5) 系統(tǒng)調(diào)試、試驗工作。

6 PLC程序升級

(1) 將PLC故障、停運信號上送監(jiān)控LCU(通過常閉信號上送，確保PLC停運時也能上送)。按圖紙接線，將原“系統(tǒng)故障”上送信號繼電器K25的常開接點(1，4)改為常閉接點(1，5)；增加PLC停運上送信號，將PLC運行開出繼電器K33的常閉接點(1，5)接入，1接公共端(K29-1)，5上端子XO1-30，電路如圖1所示。

圖1 PLC故障電路(局部)

(2) 增加冷卻器全停硬接線信號上送監(jiān)控。斷路器合閘位置(擴展繼電器KB1)+5組油泵KM接觸器常閉接點+時間繼電器KT1 (躲過抖動和延時)=冷卻器全停硬接線信號；安裝新增繼電器KB1、時間繼電器KT1，然后按電路圖配線，電路如圖2所示。

圖2 冷卻器故障電路(局部)

(3) 主變冷卻器自動控制回路加自保持，在原有的冷卻器啟動器繼電器K1～K5開出接點(1，4)上分別并接對應(yīng)冷卻器組的油泵接觸器1KM1～5KM1常開觸點(23，24)；將備用繼電器K34～K38改為5組冷卻器的停止繼電器，將各對應(yīng)的常閉接點(8，11)接入自動控制回路，按圖紙接線。以3號冷卻器為例，電路如圖3所示。

圖3 主變冷卻器自動控制回路(局部)

(4) PLC流程修改，將原有的啟動冷卻器開出命令改為脈沖開出，同時增加停止冷卻器脈沖開出。

(5) 增加Modbus/TCP通信模塊，將主變冷卻器控制系統(tǒng)所有的DI，DO及故障信號上送，制定相應(yīng)的通信點表。

(6) PLC實現(xiàn)對時功能。改造后的PLC具備NTP對時接口，可以通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)NTP對時功能。

7 結(jié)束語

主變冷卻器對電站十分重要，它能夠控制主變壓器的溫度，使主變壓器能夠穩(wěn)定運行，從而讓電站能夠穩(wěn)定可靠地進(jìn)行工作。通過對冷卻器控制柜PLC硬件設(shè)備的改造及程序升級，使得冷卻器能夠更加安全穩(wěn)定運行，杜絕與上述事件類似的不安全事件的發(fā)生。