主變冷卻器二次回路安全可靠及經(jīng)濟運行的措施

陸云峰

上海上電漕涇發(fā)電有限公司

0 引言

目前，大型變壓器的冷卻一般采用強迫油循環(huán)風(fēng)冷方式，上海漕涇電廠2×1 000 MW機組的主變也不例外，其冷卻器控制柜具備了冷卻器雙電源自動切換回路、輔助及備用冷卻器自動啟動回路、冷卻器全停保護回路，以及冷卻器故障報警等回路。但在實際運行過程中發(fā)現(xiàn)該主變冷卻器二次回路仍有一系列問題，在安全可靠性方面存在隱患，故需采取有效改進和完善措施使上述問題得以解決，同時為使主變冷卻器能經(jīng)濟節(jié)能運行，應(yīng)對其運行方式進行優(yōu)化調(diào)整。

1 從運行中發(fā)生的典型事例引入分析

某年3月14日18:00，當(dāng)時2號機組負(fù)荷996 MW，運行監(jiān)盤人員抄表時發(fā)現(xiàn)2號主變B相線圈溫度105℃及油溫76℃左右，有明顯上升現(xiàn)象且均已超過報警值，2號機組非電量保護畫面中2號主變線圈溫度高及油溫高均發(fā)出報警。當(dāng)即派巡檢人員赴就地檢查，發(fā)現(xiàn)2號主變B相四組冷卻風(fēng)扇全部停止工作，冷卻器就地控制柜內(nèi)交流控制電源小開關(guān)QM1處于跳閘狀態(tài)，由此造成四組風(fēng)扇的控制電源均失電。

經(jīng)檢查，引起交流控制電源小開關(guān)QM1跳閘原因為第二組風(fēng)扇電纜小線有接地短路現(xiàn)象。18:25運行人員切除故障回路風(fēng)扇后將QM1小開關(guān)重新合閘，迅速恢復(fù)其它風(fēng)扇的正常工作狀態(tài)。檢修人員對故障風(fēng)扇回路進行檢查處理。

針對上述發(fā)生的主變冷卻器回路故障情況，電氣專業(yè)人員立刻展開分析，通過對變壓器冷卻器控制回路圖紙仔細(xì)查看及現(xiàn)場控制箱內(nèi)電氣設(shè)備接線的核對，發(fā)現(xiàn)存在冷卻器全停保護在條件滿足時（油溫75℃且運行時間達20 min）未能動作以及DCS畫面缺少控制電源失電報警信號等一系列問題。

2 冷卻器全停保護作用及其回路分析與改進

2.1 冷卻器全停保護作用及其規(guī)定

目前，隨著變壓器容量不斷增大，保護變壓器的安全運行就顯得愈加重要。大型變壓器的冷卻一般采用強迫油循環(huán)風(fēng)冷方式，以加強散熱，并且采用冷卻器全停保護動作啟動跳閘，使變壓器不發(fā)生過熱損害，防止由于溫度過高加快絕緣老化及絕緣油的劣化，從而影響變壓器使用壽命。上海漕涇電廠的1、2號主變也不例外，均由三臺保定天威生產(chǎn)的單相強迫油循環(huán)風(fēng)冷無載調(diào)壓低損耗變壓器組成，每臺單相主變的額定容量為380 MVA，三相總?cè)萘窟_到1 140 MVA，故冷卻器全停保護作為主變的非電量保護有著重要的作用及意義。

依據(jù)DL/T572-2010《電力變壓器運行規(guī)程》規(guī)定，強迫油循環(huán)風(fēng)冷方式的變壓器在運行中，當(dāng)冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障切除全部冷卻器時，在額定負(fù)載下允許運行時間不小于20 min。當(dāng)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。

2.2 冷卻器全停保護回路分析

冷卻器控制柜采用保定天威卓創(chuàng)電工設(shè)備科技有限公司生產(chǎn)的XKWFP-35/4型產(chǎn)品，由兩路交流380 V電源供電。正常運行方式下，電源Ⅰ/電源Ⅱ切換開關(guān)SAM1切至電源Ⅰ位置，即電源Ⅰ作為工作電源，電源Ⅱ作為備用電源，并且雙電源能夠?qū)嵭凶詣忧袚Q，即當(dāng)工作電源故障時，能自動切換至備用電源供電，而當(dāng)工作電源恢復(fù)后，又能自動切回到正常工作電源供電。KMM1與KMM2分別為電源Ⅰ及電源Ⅱ的交流接觸器，如圖1所示。

在兩路交流接觸器均失電斷開狀態(tài)時，KMM1與KMM2的常閉副接點串聯(lián)，一方面啟動“冷卻器全停延時跳閘”報警發(fā)信回路，如圖2所示。另一方面在該常閉副接點串聯(lián)回路后又再串聯(lián)了KT6及KT7時間繼電器的并聯(lián)回路，一旦接通，同時啟動如下兩個回路：KT6延時20 min閉合，并且當(dāng)油面溫度達到75℃時，經(jīng)冷卻器全停保護切換開關(guān)SAM3的“投入”位置接點1、2啟動保護動作出口中間繼電器K11，K11常開接點閉合后接通變壓器非電量保護屏中的冷卻器全停保護跳閘回路；KT7延時60 min閉合，也經(jīng)冷卻器全停保護切換開關(guān)SAM3的“投入”位置接點1、2啟動保護動作出口中間繼電器K11，同樣在K11常開接點閉合后接通變壓器非電量保護屏中的冷卻器全停保護跳閘回路，如圖3所示。

圖3 冷卻器全停延時跳閘回路

由以上二次回路分析后得知，在3月14日冷卻器全停的事例中，由于冷卻器控制柜兩路交流進線電源并未失去，故該控制回路不發(fā)“冷卻器全停延時跳閘”報警信號及未啟動保護跳閘應(yīng)屬正常。但是，通過此現(xiàn)象，該控制回路存在的問題也完全暴露出來。盡管兩路交流進線電源未失去，但因交流控制電源小開關(guān)QM1故障跳閘，導(dǎo)致了整個冷卻器控制回路失電，最終結(jié)果還是造成了冷卻器全停的發(fā)生，這時理應(yīng)啟動冷卻器全停保護回路，在動作條件滿足后使主變跳閘，以保護變壓器不致過熱損害。

同時，經(jīng)現(xiàn)場查看，發(fā)現(xiàn)保護動作出口中間繼電器K11布置在冷卻器控制柜的背面柜內(nèi)最上層一排右側(cè)，采用西門子產(chǎn)品，型號為3TH42。在未通電狀態(tài)時，該繼電器接點聯(lián)動滑塊向外彈出，凸出繼電器裝置表面，而在通電狀態(tài)時向內(nèi)吸持。因控制柜內(nèi)結(jié)構(gòu)緊湊，空間較小，運行或檢修人員現(xiàn)場檢查或維護時，易發(fā)生誤碰K11向外凸出的接點聯(lián)動滑塊，使K11常開接點人為造成閉合，故存在觸發(fā)冷卻器全停保護動作的隱患。

2.3 冷卻器全停保護控制回路的改進

根據(jù)以上問題分析，對冷卻器全停保護控制回路采取如下改進措施：

增加第一組至第四組冷卻器的交流接觸器KM1～KM4的常閉副接點并構(gòu)成串聯(lián)回路，將此回路與原KMM1與KMM2常閉副接點串聯(lián)回路進行并聯(lián)。正常運行時，只要有一組冷卻器處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)，該回路就斷開，而一旦發(fā)生四組冷卻器均停止運行（由于冷卻器本身故障或交流控制電源小開關(guān)QM1故障跳閘引起），也能啟動冷卻器全停保護回路。

同時，為增加K11保護動作出口中間繼電器的安全可靠，防止人員誤碰引起誤動作，決定增加一個中間繼電器K11-1（型號同K11），與原K11繼電器進行并聯(lián)，使二者能同時啟動。在原K11保護動作常開接點后再增加串聯(lián)了K11-1常開副接點。因此，只有當(dāng)K11與K11-1兩副常開接點均動作閉合，才能啟動冷卻器全停保護跳閘回路并發(fā)出相應(yīng)跳閘信號，從而確保了保護動作的可靠性、安全性。

以上控制回路的改進如圖4所示。

3 冷卻器系統(tǒng)報警信號回路的分析及改進

3.1 冷卻器系統(tǒng)報警信號內(nèi)容

1）輔助冷卻器投入：當(dāng)主變壓器頂層油溫達到60℃；或者主變高壓側(cè)負(fù)荷電流達到額定電流的70%（約880 A）時，輔助冷卻器自動投入。

2）備用冷卻器投入：當(dāng)工作及輔助冷卻器發(fā)生故障時，備用冷卻器自動投入。

3）備用冷卻器投入后故障：當(dāng)備用冷卻器投入運行后又出現(xiàn)故障停運。

4）加熱及交直流控制電源監(jiān)視：冷卻器柜內(nèi)加熱回路電源或交直流控制電源小開關(guān)跳閘時報警。

5）電源Ⅰ故障：當(dāng)電源Ⅰ失電或交流接觸器KMM1故障斷開時報警。

6）電源Ⅱ故障：當(dāng)電源Ⅱ失電或交流接觸器KMM2故障斷開時報警。

7）冷卻器全停延時跳閘：兩路交流進線電源失去使交流接觸器均斷開時報警。

圖4 改進后的冷卻器全停保護跳閘回路圖

3.2 冷卻器系統(tǒng)報警信號回路的分析及存在的問題

如上所述，由于“冷卻器全停延時跳閘”報警信號只通過兩路交流接觸器KMM1和KMM2的常閉接點串聯(lián)后觸發(fā)，當(dāng)發(fā)生冷卻器因本身故障全部停運，將不會發(fā)出該報警信號，顯然存在不足之處，故需同時對此信號報警回路進行改進。

此外，反映上述報警信號內(nèi)容主要通過就地控制柜內(nèi)光字牌及DCS畫面上報警信號顯示兩種形式。一旦發(fā)生上述第1～第6條報警，在主變冷卻器就地控制柜內(nèi)正面屏上都能通過光字牌顯示出來，便于運行人員在巡回檢查時能及時發(fā)現(xiàn)冷卻器回路故障及異常情況。但遠(yuǎn)傳至集控室DCS報警畫面上的只有“冷卻器全停延時跳閘”報警信號，而其它冷卻器回路故障信號均無顯示。經(jīng)現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)冷卻器柜內(nèi)各報警信號雖已遠(yuǎn)傳至DCS接口端子，但并未將這些信號I/O點接入，完成報警畫面的組態(tài)。這就不利于運行監(jiān)盤人員及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，以及對異常情況的全面分析、處理。

3月14日發(fā)生的事例中，導(dǎo)致冷卻風(fēng)扇全停的首出原因是冷卻器交流控制電源小開關(guān)QM1因其中一組風(fēng)扇回路電源小線接地短路而引發(fā)跳閘，最終使四組冷卻器均失去了控制電源而停運。如該故障信號能及時遠(yuǎn)傳至DCS畫面報警，集控室監(jiān)盤值班員就能及時發(fā)現(xiàn)報警信息，可迅速派人去現(xiàn)場檢查，盡早查找故障原因，盡快處理缺陷，也就不至于因冷卻器全停造成變壓器溫度不斷升高的后果，從而影響變壓器的安全運行。

3.3 冷卻器報警信號回路的改進

通過以上分析，針對實際發(fā)生的問題，冷卻器信號報警回路進行如下改進：

1）增加第一組至第四組冷卻器的交流接觸器KM1～KM4的常閉副接點并構(gòu)成串聯(lián)回路，并與原KMM1與KMM2常閉副接點串聯(lián)回路并聯(lián)，以構(gòu)成“冷卻器全停延時跳閘”報警信號回路，并通過柜內(nèi)接線端子遠(yuǎn)傳至集控室DCS畫面報警，如圖5所示。

圖5 改進后的冷卻器全停延時跳閘報警回路

2）對主變冷卻器回路相關(guān)報警信號進行梳理，編制成詳細(xì)的報警信號清單，交由熱控人員組態(tài)，在集控室DCS監(jiān)視畫面上新增主變冷卻器回路報警子畫面，將“輔助冷卻器投入”“備用冷卻器投入”“備用冷卻器投入后故障”“加熱及交直流控制電源監(jiān)視”“電源Ⅰ故障”“電源Ⅱ故障”等報警內(nèi)容均增加至該畫面，如圖6所示。

圖6 新增變壓器冷卻器回路報警子畫面

一旦以上子畫面報警信號發(fā)出，能同時啟動電氣一級總報警畫面，“MT/HVT ABN”（主變/廠高變異常）報警窗由灰色變成紅色并閃動，發(fā)出音響進行報警，提醒運行監(jiān)盤人員及時發(fā)現(xiàn)異常情況，以利于盡快消除設(shè)備缺陷，如圖7所示（最下面一排報警窗）。

圖7 電氣一級總報警畫面

4 主變冷卻器運行方式優(yōu)化調(diào)整措施及其節(jié)能效果

4.1 冷卻器系統(tǒng)設(shè)備配置情況

主變的三臺單相變壓器采用ODAF(強迫油循環(huán)風(fēng)冷)冷卻方式，每相主變有四組冷卻器，每組冷卻器配置一臺油泵（功率3 kW）、三臺風(fēng)扇(功率2 kW/臺)。

4.2 調(diào)整前主變冷卻器運行方式

當(dāng)主變投入運行時，每相主變冷卻器均設(shè)定為兩組工作、一組輔助、一組停用。

4.3 主變冷卻器在主變不同運行方式下運行工況分析

發(fā)變組正常運行時，以發(fā)電機1 000 MW滿負(fù)荷運行時為例，主變高壓側(cè)負(fù)荷電流約1 060 A，油溫和繞組溫度在環(huán)境溫度30℃時分別達到60℃和76℃左右，輔助冷卻器因主變高壓側(cè)負(fù)荷電流或油溫滿足啟動條件而自動投入，此時3組冷卻器投運就能滿足主變滿負(fù)荷連續(xù)運行要求。

發(fā)電機組停運后，發(fā)電機出口斷路器分閘，主變僅帶廠用電輕載運行，主變高壓側(cè)負(fù)荷電流降至15 A以內(nèi)，油溫及繞組溫度一般情況下均在50℃以下，故在此情況下一組冷卻器投入工作就能滿足主變的安全運行，同時考慮在環(huán)境溫度高等影響條件下，可通過一組輔助冷卻器在滿足啟動條件時的自動投入，進一步加強冷卻。

4.4 對主變冷卻器系統(tǒng)運行方式采取如下優(yōu)化調(diào)整措施

1）發(fā)電機停運，主變僅帶廠用電運行時，運行人員在發(fā)電機改冷備用后及時采取調(diào)整措施：停用其中1組工作冷卻器，主變冷卻器系統(tǒng)運行方式從“2組工作、1組輔助、1組備用”改為“1組工作、1組輔助、1組備用、1組停用”，并做好相應(yīng)記錄。同時要求運行人員加強主變油溫、繞組溫度、輔助冷卻器啟動情況的監(jiān)視，以便發(fā)生異常情況時能及時處理。

2）發(fā)電機恢復(fù)并網(wǎng)運行前，運行人員在發(fā)電機改熱備用后將主變冷卻器系統(tǒng)運行方式從“1組工作、1組輔助、1組備用、1組停用”恢復(fù)至“2組工作、1組輔助、1組備用”，滿足主變在正常運行工況下的冷卻要求。

4.5 主變冷卻器系統(tǒng)運行方式調(diào)整后節(jié)能效果分析

通過上述發(fā)電機組停運前后主變冷卻器系統(tǒng)運行方式對比，調(diào)整措施后的冷卻器系統(tǒng)運行方式較調(diào)整前能少投用1組冷卻器，而1組冷卻器包括一臺油泵（功率3 kW）和三臺風(fēng)扇(功率6 kW)，總功率為9 kW，以一天24 h計算，耗電量為216 kWh，即可節(jié)約216 kWh，以2020年1月至7月份2號機組調(diào)停時間為例，共62天時間（3月份調(diào)停24天、4月份7天、6月份19天、7月份12天），約可節(jié)省13 392 kWh。由于電網(wǎng)調(diào)控等原因，機組調(diào)停次數(shù)有逐步增多趨勢，故在保證主變安全運行的前提下，通過調(diào)整其冷卻器系統(tǒng)運行方式，起到節(jié)約電能作用，使其經(jīng)濟運行。

5 結(jié)束語

主變冷卻器全停保護及報警信號二次回路存在問題的改進及完善，使主變冷卻器全停保護能正確可靠動作，并增強了冷卻器系統(tǒng)報警信號的及時性、全面性。同時，在主變不同運行工況下對其冷卻器系統(tǒng)運行方式采取優(yōu)化調(diào)整措施，使上海漕涇電廠兩臺主變能更好地滿足安全、經(jīng)濟運行的需要。