特高壓荊門站變壓器冷卻器全停分析及改進措施

張 勇

隨著我國電網(wǎng)的快速發(fā)展，超特高壓變壓器的容量也在不斷增加，對于樞紐變電站而言，變壓器是電網(wǎng)的核心設(shè)備，其冷卻系統(tǒng)能否正常工作直接關(guān)系到變壓器的安全穩(wěn)定運行及使用壽命。冷卻系統(tǒng)的故障分為機械故障和電氣故障，機械故障包括風扇電機和潛油泵本體的軸承繞組的損壞、風扇葉片的變形等；電氣故障有電源消失、控制回路的元件損壞、接點接觸不良、接觸器線圈燒毀等。接觸器長期通電運行，極易導(dǎo)致接觸器線圈燒毀從而使控制回路短路，造成控制回路的跳閘，這也是變壓器冷卻系統(tǒng)常見故障之一。

1 變壓器冷卻器控制系統(tǒng)

1.1 PLC冷卻器控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)的變壓器冷卻器控制系統(tǒng)主要采用繼電器和接觸器方式來實現(xiàn)，導(dǎo)致接線復(fù)雜、可靠性低、不便維護。隨著計算機和通信技術(shù)的發(fā)展，PLC編程簡單、維護方便、運行可靠等優(yōu)點，其在工業(yè)自動控制領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。PLC應(yīng)用在變壓器的冷卻器控制系統(tǒng)，取代了傳統(tǒng)的繼電器簡單邏輯控制，簡化了二次回路接線，能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜靈活的控制方式。PLC依據(jù)變壓器油面溫度、繞組溫度、負載率進行相應(yīng)冷卻器組數(shù)的投切，其原理如圖1所示。

圖1 PLC冷卻器控制系統(tǒng)

PLC主要由輸入模塊、CPU、輸出模塊組成；當油面或繞組溫度計達到相應(yīng)的溫度時，POP1的11—14或PW1的21—24接點閉合，CPU按照相應(yīng)的接點輸入和測得的負荷電流進行邏輯運算，輸出部分接入冷卻器控制回路，實現(xiàn)對冷卻器的控制；K01為油流繼電器的輔助觸點，當冷卻器運行時，油流速度達到設(shè)定值，接點11—14閉合；PLC電源作為PLC的工作電源，一般為直流24V，負載電源由負載回路所需的電源提供。

1.2 冷卻器控制回路分析

1000kV荊門特高壓站變壓器采用三相分體結(jié)構(gòu)，冷卻系統(tǒng)采用強迫油循環(huán)風冷方式，每相冷卻系統(tǒng)配備八組冷卻器，每組冷卻器包括3臺風機和一臺潛油泵，冷卻器控制回路原理（以#1主變B相第八組冷卻器為例）如圖2所示。

圖2 冷卻器控制回路

由圖2可知，電源Ⅰ、電源Ⅱ來自站用電兩條獨立的 400V母線，經(jīng)過電源切換回路，作為冷卻器系統(tǒng)主回路和控制回路的電源，電源Ⅰ和電源Ⅱ互為備用電源，電源Ⅰ作為工作電源、電源Ⅱ作為備用電源，當工作電源故障時，自動切至備用電源，工作電源恢復(fù)后自動切回工作電源，保證了供電的可靠性；Q6為冷卻器控制回路電源空開，8QB、8QF1、8QF2、8QF3分別為冷卻器主回路的油泵電機電源空開和風機電源空開，13—14接點為相應(yīng)空開的輔助觸點，S8為自動手動切換把手，正常運行時空開全部合上，S8把手打至自動狀態(tài)，S8的7—14接點斷開；PLC輸出使得控制回路導(dǎo)通，接觸器8KMB、8KMF1、8KMF2、8KMF3得電，主回路相應(yīng)的常開輔助觸點閉合，潛油泵和風機得電運行。

2 事件情況

2.1 事件經(jīng)過

2017年6月26日，荊門站監(jiān)控系統(tǒng)后臺報“#1主變B相冷卻器交流控制電源故障”和“#1主變B相冷卻器退出異常告警”信號，現(xiàn)場檢查#1主變B相冷卻器全停，打開#1主變B相冷卻器控制柜發(fā)現(xiàn)“Q6冷卻器控制電源”空開跳閘，潛油泵接觸器8KMB冒煙燒壞，運維人員斷開第八組冷卻器主回路空開，合上Q6后，冷卻器恢復(fù)正常運行。

2.2 事件分析

如圖1所示，在潛油泵接觸器8KMB線圈短路后，由于8QB空開處于投入狀態(tài)，其13、14號輔助點仍處于接通狀態(tài)，短路電流流經(jīng)冷卻器的控制電源空開Q6，導(dǎo)致Q6跳閘，而B相的所有八組冷卻器均作為Q6的負載，Q6空開跳開不能為冷卻器控制回路提供電源，導(dǎo)致B相冷卻器全停。根據(jù)電力變壓器運行規(guī)程：①冷卻系統(tǒng)故障切除全部冷卻器時，運行持續(xù)時間不超過 60min，帶額定負荷運行不允許超過 30min；②在當油溫或繞組溫度報警后，持續(xù)運行時間不得超過20min。若運檢人員處理不及時，則容易對變壓器的絕緣造成損害，影響變壓器的使用壽命，對于冷卻器全停投跳閘的變電站，冷卻器全停會導(dǎo)致變壓器跳閘，降低供電的可靠性。

3 改進措施

3.1 PC級ATSE及切換回路原理

ATSE即雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其作用是將一個或多個負載電路從一路電源轉(zhuǎn)換至另一路電源，可以實現(xiàn)對重要負載的連續(xù)供電，其主要分為兩個級別：PC級和CB級。PC級ATSE：只具備雙電源切換功能，不能夠開斷短路電流；CB級ATSE：既能夠?qū)崿F(xiàn)雙電源切換，又可開斷短路電流。PC級ATSE可靠性高于CB級ATSE，現(xiàn)PC級ATSE已發(fā)展至一體式自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，該類開關(guān)體積小結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)失壓、欠壓、斷相保護等功能，且產(chǎn)品可靠性高，切換時間短。PC級ATSE切換原理如圖3所示。

圖3 PC級ATSE切換回路原理

由圖3可知，電源Ⅰ作為主電源，電源Ⅱ作為備用電源，正常情況下K1閉合、K2斷開、K3閉合，若電源Ⅰ發(fā)生故障或消失，則 PC級 ATSE檢測到A1-N1無電壓，控制器動作使K1斷開、K2閉合，負載由電源Ⅱ供電，實現(xiàn)了對負載的連續(xù)供電。若負載短路或者過載導(dǎo)致K3跳閘，則ATSE不進行切換。

3.2 改進回路

第1—7組冷卻器控制回路接線不變，選取第八組冷卻器做為備用冷卻器，將PC級ATSE和熔斷器應(yīng)用于冷卻器控制回路如圖4所示。

圖4 改進的冷卻器控制回路

由圖 4可知，正常運行時，Q6、K1閉合，冷卻器的投入依據(jù)PLC程序采集到的變壓器溫度和負荷進行自動投切。當1—7組冷卻器控制回路的接觸器線圈短路導(dǎo)致Q6跳閘，1—7組冷卻器控制回路電源消失，ATSE檢測到A1-N1無電壓，控制器將使得 K2閉合，非故障冷卻器為第八組冷卻器，此時第八組冷卻器控制回路電源經(jīng)K2供電，同時Q6的輔助觸點接入PLC輸入模塊，程序判定Q6跳閘，PLC輸出使第八組冷卻器控制回路導(dǎo)通，第八組冷卻器能夠正常運行，避免了Q6跳閘導(dǎo)致全部8組冷卻器控制回路電源失電。正常運行中，若第八組冷卻器控制回路線圈短路，則FU熔斷，此時ATSE不進行電源切換，K2處于斷開狀態(tài)，而1—7組冷卻器控制回路不受影響仍能正常工作，此時PLC依據(jù) FU熔斷器的輔助觸點動作，進入相應(yīng)的子程序?qū)崿F(xiàn)1—7組冷卻器自動投切。

對于1—7組冷卻器的控制回路，不必在每組控制路里裝設(shè)熔斷器和 ATSE，否則使得二次接線復(fù)雜，設(shè)備成本增加，不便運行維護。裝設(shè)熔斷器和PC級ATSE的數(shù)量根據(jù)變電站正常運行時變壓器需要投入的冷卻器組數(shù)而定，由于荊門站正常運行時變壓器負荷較小，每相變壓器運行的冷卻器組數(shù)為一臺，因此只需安裝一臺PC級ATSE和熔斷器作為備用冷卻器的電源切換回路（已能滿足實際的需求）。

4 結(jié)論

本文將PC級ATSE和熔斷器配合應(yīng)用于變壓器冷卻器的控制回路，改進回路簡單可靠，當有接觸器線圈燒毀導(dǎo)致冷卻器停止運行時，改進回路能自動切換至備用冷卻器而不會出現(xiàn)冷卻器全停，冷卻器控制回路故障時至少有一組冷卻器仍能正常運行，同時也為運維人員查找處理故障提供了足夠的時間，保證了變壓器的安全穩(wěn)定運行。

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