廠用變壓器閃發(fā)冷卻風扇全停報警分析

劉育飛

摘 要針對某核電廠廠用變壓器閃發(fā)冷卻器報警現(xiàn)象，分別從接線、繼電器、回路設計等方面進行了分析和排查，查明了冷卻器啟動時產生閃發(fā)報警的原因，并提出優(yōu)化建議，為廠用變壓器冷卻系統(tǒng)后續(xù)設計、運行和維護提供參考。

關鍵詞報警;冷卻器全停;閃發(fā);繼電器

1 問題描述

2018年8月15日16：18，某核電廠1號機主控室閃發(fā)報警“UAT A All of Fans Stopped”。就地檢查發(fā)現(xiàn)1號機廠用變壓器A第一組風扇啟動，繞組溫度和油溫正常。

2 廠用變壓器及其冷卻系統(tǒng)介紹

變壓器將發(fā)電機發(fā)出的電能輸送至電網，并向廠內負荷供電，是電廠最重要的電氣設備之一。廠用變壓器（以下簡稱“廠變”）是將發(fā)電機發(fā)出的24kV電壓降壓至10.5kV后向廠內中壓母線供電[1]，維持場內負荷運行。變壓器冷卻系統(tǒng)是在變壓器運行時將對變壓器油進行冷卻，防止變壓器油溫過高影響變壓器的使用壽命。該核電廠每臺機組共2臺廠變，向6條中壓母線供電。

2.1 廠變主要參數(shù)

廠變其主要參數(shù)如下表：

該廠變于2013年制造，2015年完成調試，2016年投入運行。

2.2 冷卻系統(tǒng)原理

廠變冷卻系統(tǒng)采用自然油循環(huán)自冷和自然油循環(huán)風冷，變壓器本體兩側各一組冷卻器，共計8個冷卻風扇。冷卻方式分成相互交錯的2組，根據(jù)變壓器油溫自動啟動。第1組風扇設定油溫60℃時啟動，55℃時停止;第2組設定油溫65℃時啟動，60℃時停止。變壓器設計頂層最大溫升45K，允許在負荷不超過67%時無冷卻風扇長期運行。自廠變投運以來，本次報警產生之前該廠變從未根據(jù)油溫自動啟動冷卻方式。

風扇電源主回路圖及冷卻器自動啟動和報警回路圖如下：

冷卻器全停信號初始為跳閘信號，即冷卻器全停信號觸發(fā)后延時1小時使變壓器跳閘或在20分鐘時合并油溫超過75℃使變壓器跳閘。2017年廠內將冷卻器全停跳閘信號修改為報警信號。

3 故障原因分析

3.1 接線問題

變壓器報警回路接線錯誤，會直接產生報警信號。冷卻器全停信號為閃發(fā)信號，若接線錯誤冷卻器全停信號將會持續(xù)存在，因此可排除接線錯誤問題。但報警回路虛接、接觸不良等問題無法排除，在變壓器運行振動時可能會造成接頭時通時斷，產生冷卻器全停信號。

3.2 繼電器失效

由圖2可知，冷卻器全停信號是由KA7繼電器發(fā)出的，若KA7失效，則會觸發(fā)報警信號。但報警信號為閃發(fā)，可排除KA7繼電器失效問題。

3.3 PLS誤報

冷卻器全停報警信號是上傳到PLS（電廠控制系統(tǒng)）后發(fā)送給主控室的，若PLS系統(tǒng)卡件誤報，則會直接將報警發(fā)至主控室。

3.4 報警回路設計問題

從報警回路圖可以發(fā)現(xiàn)，風扇啟動回路和報警回路共用同一路電源，且報警回路和風扇啟動回路有閉鎖，即風扇啟動后接觸器輔助觸點會斷開報警回路，避免報警。但在風扇啟動接觸器吸合前，冷卻器報警繼電器KA7同時得電，只有在風扇接觸器吸合后KA7才會失電，若報警接觸器動作時間比KA7慢，則會閃發(fā)冷卻器全停報警信號，需核對風扇啟動接觸器和報警繼電器的動作時間[2]。

4 故障原因確認及處理

4.1 原因確認

基于上述分析，對報警回路的接線、PLS卡件和風扇啟動接觸器和報警繼電器的動作時間進行了檢查，檢查發(fā)現(xiàn)報警回路接線正確，接頭無虛接及松動情況。PLS卡件無死機和接線松動情況，就地模擬觸發(fā)冷卻器全停型號能反饋正確。在模擬油溫啟動風扇時，明顯發(fā)現(xiàn)KA7報警繼電器有吸合再復位的動作，多次重復現(xiàn)象一致。進一步對風扇啟動接觸器和報警繼電器的動作時間校驗，結果如下：

由上表可以看出，接觸器的動作時間要小于報警繼電器的動作時間。正常來說接觸器和報警繼電器同時得電，接觸器輔助觸點先動作，切斷報警繼電器的電源回路，不會有冷卻器全停報警產生。但是也可以發(fā)現(xiàn)，接觸器和繼電器動作差的時間很小，不到5ms，同時考慮接觸器長時間未得電動作（投運后本次為首次由油溫啟動），在長時間的靜態(tài)過程中，接觸器可能存在粘連，使得接觸器動作時間延長，在多次動作后恢復原動作速度。同時結合檢查過程，確認閃發(fā)冷卻器全停報警的原因為接觸器和繼電器動作時間不匹配。

4.2 改進建議

閃發(fā)報警原因已確認，屬于設計方面電氣元件動作時間不匹配的問題。因冷卻器全停報警已修改為報警信號，且該報警不影響變壓器的運行，因此無需對設計問題進行修改。

（1）在運行規(guī)程中明確閃發(fā)冷卻器全停報警不影響變壓器運行，在發(fā)現(xiàn)閃發(fā)冷卻器全停報警后就地檢查變壓器冷卻系統(tǒng)運行正常。

（2）在后續(xù)機組設計時應避免使用電氣元件本身動作時間來切除報警的設計，或在報警回路增加延時報警功能，避免誤報警，提高設備可靠性。

5 小結

閃發(fā)報警問題對電氣設備來說對大型變壓器冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)的閃發(fā)報警信號，因報警狀態(tài)已經消失，大多情況下原因已不可查。本文通過對變壓器冷卻系統(tǒng)閃發(fā)冷卻器全停報警的分析，找出了冷卻系統(tǒng)控制回路設計的不足，為后續(xù)變壓器冷卻系統(tǒng)的設計、運行和維護提供參考。

參考文獻

[1]顧軍.AP1000核電廠系統(tǒng)與設備[M].北京：原子能出版社，2010.

[2]張波，李明，錢國鐘，主變油泵風機全停故障頻繁信號分析及改進措施，電工技術，2014（2）：67-68.