1 000 kV特高壓主變壓器冷卻器逐臺啟動回路改造

李東敏，成小勝，張 鵬

（國網(wǎng)山西省電力公司檢修公司，山西 長治 046000）

0 引言

在正常運行過程中，變壓器繞組和鐵芯損耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，使得變壓器各部件的溫度升高，而變壓器的壽命主要取決于絕緣材料壽命，變壓器的絕緣材料壽命隨變壓器油溫的升高將按指數(shù)規(guī)律減小。在油浸式變壓器中，鐵芯和繞組的熱量先傳遞給絕緣油，然后通過冷卻器散到周圍介質(zhì)中，從而達到降低變壓器的溫度。

變壓器的冷卻方式主要有自然冷卻、自然油循環(huán)冷卻、強迫油循環(huán)風(fēng)冷3種方式[1]。目前已投運的特高壓主變壓器全部采用強迫油循環(huán)風(fēng)冷方式，每組冷卻器由多臺風(fēng)機和1臺潛油泵構(gòu)成，當(dāng)冷卻器啟動時風(fēng)機和潛油泵同時運行，控制方式普遍采用傳統(tǒng)的電磁繼電器接線方式來實現(xiàn)自動控制[2-3]。按照國家電網(wǎng)公司2012年新下發(fā)的《國家電網(wǎng)公司十八項電網(wǎng)重大反事故措施》規(guī)定：“強油循環(huán)結(jié)構(gòu)的潛油泵啟動應(yīng)逐臺啟用，延時間隔應(yīng)在30 s以上，以防止氣體繼電器誤動”，然而現(xiàn)使用的控制回路均不能滿足此反措要求，無法實現(xiàn)正常運行中潛油泵的逐臺投入。

1 主變壓器冷卻器投退控制回路現(xiàn)狀

我國首個1 000 kV特高壓試驗示范工程特高壓長治站主變壓器額定容量3 000 MVA，變壓器由主體變壓器和調(diào)壓補償變壓器兩部分組成，主體變壓器和調(diào)壓補償變壓器通過管母連接，主體變壓器采用強迫油循環(huán)風(fēng)冷方式，調(diào)壓補償變壓器采用自然油循環(huán)冷卻方式，本文主要在主體變壓器冷卻器控制回路基礎(chǔ)上介紹改造方案。長治站主變壓器1 000 kV側(cè)和500 kV側(cè)采用3/2接線方式，110 kV側(cè)接無功補償設(shè)備。

長治站主體變壓器共有8組冷卻器，每組冷卻器均有工作、備用、輔助1、輔助2四種運行方式。在主變壓器正常運行情況下，3組冷卻器投“工作”方式、2組冷卻器投“輔助1”方式、2組冷卻器投“輔助2”方式和一組冷卻器投“備用”方式。

圖1和圖2為主變壓器冷卻器電源控制回路，廠家設(shè)計采用主變壓器高中壓側(cè)4臺斷路器（1 000 kV和500 kV側(cè)） 常閉輔助接點串聯(lián)控制中間繼電器K4，K4的常閉接點控制冷卻器電源的投入，如圖2虛線部分所示。當(dāng)4臺開關(guān)任1臺投入運行后，斷路器常閉輔助接點斷開，K4繼電器失電其常閉接點閉合，冷卻器電源回路接通進入正常供電狀態(tài)。

圖1 冷卻器電源控制回路1

圖3為冷卻器控制回路，分別包括工作、輔助1、輔助2、備用方式冷卻器的啟動回路和投退回路。當(dāng)油面溫度達到55℃或高壓側(cè)電流達到0.6倍額定電流時，通過油面溫度計或電流繼電器啟動中間繼電器K1，由K1啟動投入兩組“輔助1”方式的冷卻器；當(dāng)油面溫度繼續(xù)升高到60℃或高壓側(cè)電流達到0.8倍額定電流時，油面溫度計或電流繼電器啟動中間繼電器K2，由K2啟動投入兩組“輔助2”方式的冷卻器；當(dāng)運行中任意一組冷卻器發(fā)生故障時啟動中間繼電器K3，啟動“備用”方式冷卻器。

當(dāng)冷卻器啟動回路動作后，若該組冷卻器風(fēng)機和潛油泵主回路中的4個熱偶繼電器均工作正常，接觸器KM1線圈帶電，其常開接點閉合后實現(xiàn)冷卻器自動投入。

從冷卻器控制原理可以看出，當(dāng)多臺冷卻器工作在同一方式時，控制回路是無法實現(xiàn)逐臺投入，無法滿足反措要求，存在氣體繼電器誤動的隱患，因此有必要對冷卻器控制回路進行改造。

2 冷卻器控制回路改造方案

圖2 冷卻器電源控制回路2

圖3 冷卻器控制回路

取消冷卻器電源控制回路中的中間繼電器K4。將圖1中的K4常閉接點短接切換開關(guān)切換在“斷開”狀態(tài)，始終讓K4繼電器線圈不帶電，這樣圖1中的K4常閉接點一直在閉合狀態(tài)。該部分改造的目的是為了讓主變壓器冷卻器的電源投入不受主變壓器高中壓側(cè)斷路器的位置控制。

在“輔助1”和“輔助2”方式冷卻器啟動控制回路中各增加一個時間繼電器，分別命名為“輔助1后投啟動時間繼電器”和“輔助2后投啟動時間繼電器”，如圖4中所示的KTN1和KTN2，時間全部設(shè)定為1 min，滿足反措30 s的要求。

圖4 改造后的輔助冷卻器啟動回路

新增“輔助1后投時間繼電器”和“輔助2后投時間繼電器”接點接線方式見圖5和圖6，該接點為8組冷卻器公用，具體由哪組冷卻器使用，通過運行方式壓板投退來選擇，具體的使用方法在后面部分進行介紹。

圖5 輔助1后投時間繼電器接點接線圖

圖6 輔助2后投時間繼電器接點接線圖

主變壓器接線中，主變壓器高中壓側(cè)4臺斷路器兩側(cè)共8臺隔離開關(guān)，若將每組冷卻器回路中串入1臺隔離開關(guān)的常開輔助接點，正好可以實現(xiàn)對8組冷卻器的控制。將隔離開關(guān)常開輔助接點串入控制回路的好處在于，主變壓器轉(zhuǎn)熱備用時就可以將處于“工作”方式的冷卻器投入，與以前主變壓器帶電運行后才能將冷卻器投入相比，減少了對主變壓器氣體繼電器的沖擊，有效防止了氣體繼電器的誤動。

在每組冷卻系統(tǒng)控制回路中增加3種工作方式壓板，分別為一般方式壓板（由運行/輔助1先投/輔助2先投/備用方式公用）、輔助1后投方式壓板、輔助2后投方式壓板。

下面以1號冷卻器組為例進行回路改造介紹，將圖3中虛框內(nèi)的接觸器線圈控制回路斷開，將50121刀閘的常開輔助接點串入回路中，再通過工作方式壓板回路接入電源N端構(gòu)成完整控制回路，具體回路如圖7所示，圖中虛框所示的延時閉合接點KTN1和KTN2為新增加的“輔助1啟動時間繼電器”和“輔助2啟動時間繼電器”的接點。

工作中通過運行人員提前投退冷卻器運行方式壓板來選擇“輔助1后投時間繼電器”和“輔助2后投時間繼電器”接點由哪組冷卻器使用。如2號冷卻器和5號冷卻器均在“輔助1”方式，設(shè)定2號冷卻器為“輔助1先投”方式（投入一般方式壓板），5號冷卻器為“輔助1后投”方式（投入輔助1后投方式壓板），此時2號冷卻器不經(jīng)任何延時，5號冷卻器控制回路接通圖6中的“F5g-2”回路，把“輔助1后投時間接點”串入5號冷卻器的回路中。當(dāng)輔助1啟動條件達到后，2號冷卻器將直接啟動，而5號冷卻器將延時1 min再啟動，達到了兩組冷卻器間隔30 s啟動的要求。

“輔助2后投時間繼電器”接點使用方式與“輔助1后投時間繼電器”接點一樣，在此不再贅述。

圖7 改造后的冷卻器啟動回路

3 回路改造后的工作過程

以表1所列的各冷卻器工作方式為例，說明回路改造后的冷卻器投入工作過程。

由于已取消了主變壓器高中壓側(cè)斷路器控制冷卻器電源回路，因此只要站用電系統(tǒng)正常，主變壓器冷卻器主電源回路就處于正常工作狀態(tài)。

a）在主變壓器轉(zhuǎn)熱備用狀態(tài)前，運行人員將各組冷卻器的工作方式壓板按照表1的要求投入，如1號冷卻器投入一般方式壓板、2號冷卻器投入“輔助1先投”壓板等等。

b）當(dāng)主變壓器開始轉(zhuǎn)熱備用，當(dāng)50121隔離開關(guān)合上后，1號冷卻器滿足投入的所有條件立即轉(zhuǎn)運行，隨后運行人員分別操作50132隔離開關(guān)、T0131隔離開關(guān)合上后，4號冷卻器和7號冷卻器分別投入，反措要求的“間隔30 s啟動時間”通過運行人員的一次設(shè)備操作時間間隔得到滿足。

c）當(dāng)主變壓器投入運行后，隨著負(fù)荷電流增加和油溫的升高，當(dāng)油面溫度達到55℃或高壓側(cè)電流達到0.6額定電流時，滿足輔助1冷卻器啟動的條件，2號冷卻器“輔助1先投”立即投入運行，而5號冷卻器“輔助1先投”由于控制回路中接入時間繼電器延時接點，故較2號冷卻器晚1min投入運行，實現(xiàn)了兩組冷卻器間隔30 s啟動。

d）當(dāng)油面溫度升高到60℃或高壓側(cè)電流達到0.8額定電流時，滿足輔助2冷卻器啟動的條件，3號冷卻器“輔助2先投”立即投入運行，而6號冷卻器“輔助2先投”同樣由于控制回路中接入時間繼電器延時接點，較3號冷卻器晚1 min投入運行，也滿足了間隔30 s啟動的要求。

當(dāng)運行中任意一組冷卻器發(fā)生故障，備用的8號冷卻器立即投入運行，與改造前一致。主變壓器各冷卻器工作方式見表1。

表1 主變壓器各冷卻器工作方式

4 結(jié)論

改造后的回路采用在控制回路中增加方式壓板和時間繼電器的方法，對原控制回路的各項功能均沒有造成影響，而且也沒有因改造產(chǎn)生影響原回路正常工作的寄生回路等。所改造的內(nèi)容僅僅是對原控制回路按照反措要求進行了改進和完善，解決了目前控制回路不能滿足反措要求的問題。該方法為后續(xù)特高壓主變壓器冷卻器的生產(chǎn)和現(xiàn)場改造提供了參考和借鑒。

[1]張全元.變電運行現(xiàn)場技術(shù)問答[M].3.北京：中國電力出版社，2013:96-99.

[2]董泉，杜書平，王志新,等.淺析500 kV變壓器冷卻系統(tǒng)信號回路的改進[J].變壓器，2012（11） :48-49.

[3]郭先標(biāo).淺析主變強油循環(huán)風(fēng)冷裝置技術(shù)升級[J].銅業(yè)工程，2012(5):66-67.