500 kV變壓器冷控系統(tǒng)的常見故障分析及處理措施

劉渠江

摘 要：隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展，大型變壓器的應(yīng)用需求不斷提升，其一般配置有獨立的變壓器油冷卻器及冷卻器控制系統(tǒng)。變壓器冷卻系統(tǒng)發(fā)揮著自動調(diào)節(jié)變壓器油溫的作用，但是變壓器冷卻系統(tǒng)涉及的元件較多，控制邏輯比較復(fù)雜，導(dǎo)致變壓器運行過程中故障多發(fā)。大型變壓器的穩(wěn)定運行離不開冷卻系統(tǒng)的正常工作，500 kV及以上電壓等級的變壓器對冷卻系統(tǒng)提出了更高的要求。冷控系統(tǒng)應(yīng)能自動投切冷卻器，以保證主變溫度處于合理范圍內(nèi)，并能在冷卻系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障時發(fā)出相應(yīng)信號提示運維人員。本文主要探討500 kV變壓器冷控系統(tǒng)常見的故障類型及處理措施。

關(guān)鍵詞：變壓器;冷控系統(tǒng);故障類型

中圖分類號：TM63文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）04-0063-04

Abstract： With the rapid development of the power system， the application requirements of large transformers continue to increase， which are generally equipped with independent transformer oil coolers and cooler control systems. The transformer cooling system plays the role of automatically adjusting the transformer oil temperature， but the transformer cooling system involves many components and the control logic is more complicated， which leads to frequent faults during the operation of the transformer.The stable operation of large transformer is inseparable from the normal work of the cooling system， the transformer of 500kV and above voltage level puts forward higher requirements for the cooling system. The cooling control system should be able to automatically switch the fan to ensure that the main oil temperature is in the normal range and send corresponding signals to prompt the operation and maintenance personnel when the cooling system equipment fails. This paper mainly discussed the common failure types and treatment measures of 500 kV transformer cold control system.

Keywords： transformer;cold control system;fault types

500 kV變壓器是500 kV變電站的核心設(shè)備，承擔(dān)著遠(yuǎn)距離輸電的重要職責(zé)。變壓器的安全穩(wěn)定運行對區(qū)域供電可靠性具有顯著影響。這就要求對變壓器的故障處理準(zhǔn)確和及時，保證變壓器在良好工況下運行。大型變壓器的附件較多，主要附件為冷卻系統(tǒng)、油枕、瓦斯繼電器、壓力釋放閥等檢測或調(diào)節(jié)變壓器油運行狀況的元件。變壓器油在變壓器結(jié)構(gòu)中具有重要作用。變壓器油是變壓器內(nèi)部的絕緣和冷卻介質(zhì)，溫度是反映其運行狀況的一個主要參數(shù)。由于變壓器油會隨著溫度異常升高而加速劣化，所以作為調(diào)節(jié)變壓器油溫的主要附件，變壓器冷卻系統(tǒng)的正常工作對變壓器的安全運行有較大的影響。如果變壓器冷卻系統(tǒng)的故障不能及時有效地處理，就可能會造成變壓器被迫停運。

1 冷卻系統(tǒng)簡介

變壓器冷卻系統(tǒng)主要由交流電源、油泵、風(fēng)扇、散熱器和控制回路等部分組成。冷卻系統(tǒng)采用兩個獨立電源供電，一個工作，一個備用。當(dāng)工作電源發(fā)生故障時，備用電源自動投入;當(dāng)工作電源恢復(fù)時，備用電源自動退出。工作或備用電源故障均應(yīng)有信號[1]。

500 kV變壓器一般采用油浸風(fēng)冷或強油循環(huán)風(fēng)冷，其冷卻方式以強油循環(huán)風(fēng)冷為主[2]。采用強油循環(huán)風(fēng)冷方式的變壓器每相一般設(shè)置5組冷卻器，按照3+2模式運行，即3組運行，1組輔助，1組備用，處于運行狀態(tài)的冷卻器組持續(xù)運行，為變壓器提供穩(wěn)定散熱條件。當(dāng)變壓器油溫或繞溫以及負(fù)載達(dá)到預(yù)設(shè)的定值時，自動啟動尚未投入的輔助冷卻器。當(dāng)運行中的工作、輔助冷卻器發(fā)生故障時，系統(tǒng)能自動啟用備用冷卻器。

對信號回路的要求是所有運行中的冷卻器發(fā)生故障時，均能發(fā)出故障信號。采用油浸風(fēng)冷方式的變壓器則按照奇偶模式運行，即按預(yù)設(shè)的溫度定值依次啟動奇數(shù)組冷卻器風(fēng)扇和偶數(shù)組冷卻器風(fēng)扇，保證變壓器的散熱效果。油浸風(fēng)冷變壓器的冷控回路相對簡單，冷卻回路主要設(shè)備為風(fēng)扇，常見的故障類型也集中在風(fēng)扇的控制回路和風(fēng)扇電機回路。而采用強油循環(huán)風(fēng)冷方式的變壓器冷控回路相對復(fù)雜，冷卻回路主要設(shè)備有油泵、風(fēng)扇和油流繼電器，同時處于不同工作狀態(tài)下的冷卻器有相應(yīng)的啟動控制邏輯，因此缺陷類型較多，故障的分析和處理應(yīng)考慮更多因素。

2 500 kV變壓器冷控系統(tǒng)的常見故障類型

500 kV變壓器冷控系統(tǒng)長期運行時，受外部自然環(huán)境變化、控制系統(tǒng)元器件老化等因素的影響，會產(chǎn)生難以避免的故障。變壓器冷控系統(tǒng)的主要故障分為四種類型。

2.1 二次回路絕緣降低或損壞

該類型故障一般發(fā)生在冷控系統(tǒng)二次回路有電纜或接點暴露在露天條件的情況下，在長期的日曬雨淋中，二次電纜或接點受潮、銹蝕導(dǎo)致絕緣能力下降，引起風(fēng)扇電機電源空開跳閘等故障現(xiàn)象，實際故障點就處于二次回路絕緣能力下降發(fā)生的位置。此類故障一般發(fā)生在油浸風(fēng)冷變壓器的風(fēng)扇電源轉(zhuǎn)接頭處，如果該位置的密封效果不佳，那么運行一段時間后就會出現(xiàn)轉(zhuǎn)接盒銹蝕的情況，導(dǎo)致風(fēng)扇不能正常運行。

2.2 控制回路中的繼電器等元件損壞

從圖1可以看出，油浸風(fēng)冷變壓器的冷控回路相對簡單，風(fēng)扇的啟動和停止由變壓器的溫度計W5、W6、W7或變壓器負(fù)荷監(jiān)測繼電器JL的接點控制，回路內(nèi)還包含接觸器和熱繼電器等元件，如果風(fēng)扇出現(xiàn)異常，就可依次對回路內(nèi)元件開展檢查，確認(rèn)是否有元件出現(xiàn)損壞。從圖2可以發(fā)現(xiàn)，強油風(fēng)冷變壓器冷控系統(tǒng)二次回路中的元件較多，故電氣元件出現(xiàn)故障的概率高，現(xiàn)象比較復(fù)雜。在處理過程中，人們需要根據(jù)故障現(xiàn)象仔細(xì)分析，查找故障原因[3]。

首先是冷控系統(tǒng)交流電源部分，電源控制回路主要包含斷相與相序保護繼電器KV1、KV2，中間繼電器K、K1、K2等元件，如果電源故障或切換異常，就可對回路內(nèi)元件進行排查，確定故障位置。強油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的每組冷卻器都可用控制開關(guān)手柄位置來選擇自身的工作狀態(tài)，即工作、輔助、備用或停運，運行方式靈活，每個冷卻器易于檢修。依據(jù)回路主要設(shè)備，工作冷卻器的故障可分為油泵故障（油泵接觸器KH1接點動作）、風(fēng)扇故障（風(fēng)扇電機回路接觸器KH11、KH12接點動作）和油流異常（油流繼電器KO1接點動作）這3類。人們可以根據(jù)故障現(xiàn)象初步判斷故障位置，然后以此為切入點展開檢查。

輔助冷卻器和備用冷卻器的故障，除了與工作冷卻器相同的本回路設(shè)備的故障之外，還可能是由啟動控制回路中元件損壞引起的。對于輔助冷卻器，其啟動控制元件為變壓器溫度計POP11、POP12、PW1接點或變壓器負(fù)荷監(jiān)測繼電器KC接點（輔助冷卻器按負(fù)荷啟動時）。出現(xiàn)輔助冷卻器故障時，有針對性地對這些部位進行檢查，可以提高消缺效率。對于備用冷卻器的啟動控制回路，其主要元件是一個中間繼電器K5，當(dāng)運行中的工作或輔助冷卻器發(fā)生故障而停運時，該中間繼電器從油泵接觸器、風(fēng)扇接觸器、油流繼電器的運行監(jiān)測接點中得電動作，使其接點接通備用冷卻器的啟動回路，備用冷卻器啟動回路得電后動作于本組冷卻器的油泵接觸器和風(fēng)扇接觸器，冷卻器即投入運行。

2.3 冷控系統(tǒng)各一次設(shè)備之間的配合不當(dāng)

該類型故障的后果一般為誤發(fā)告警信號。例如，某500 kV變電站的2號主變的冷卻方式為強油循環(huán)風(fēng)冷，每相配備3組冷卻器。運行人員發(fā)現(xiàn)，主變在運行中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，在各組冷卻器投入運行時均會發(fā)出“冷卻器油流異?！毙盘?，提示冷卻器中油流狀態(tài)異常，該信號可自動復(fù)歸。現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，冷卻器啟動正常，油泵、風(fēng)扇均正常運行，油流繼電器也指示正確。該故障現(xiàn)象令檢修人員不解。后經(jīng)現(xiàn)場觀察與分析推理，人們發(fā)現(xiàn)，故障原因為冷卻器的油泵和油流繼電器配合不當(dāng)，油流繼電器動作稍有延遲，導(dǎo)致油泵已啟動而油流繼電器未及動作時即發(fā)出告警信號。該類型故障在變壓器運行過程中的發(fā)生率不高，但誤發(fā)告警信號會影響對變壓器運行情況的判斷，也應(yīng)引起重視。

2.4 由一次系統(tǒng)故障引起的冷控系統(tǒng)異常

某500 kV變電站1號主變開展壓力釋放閥更換消缺工作，消缺過程中對主變進行了變壓器油回收、注油等操作，注油完成后對變壓器進行多次排氣，檢修工作結(jié)束時油枕、瓦斯繼電器、集氣盒內(nèi)均無氣體。工作驗收時對冷卻系統(tǒng)進行試運行，檢修人員發(fā)現(xiàn)油泵、風(fēng)扇均運轉(zhuǎn)正常，后臺無異常信號發(fā)出。于是將該變壓器投入運行，投運后不久主變發(fā)出“輕瓦斯告警”信號，同時主變油溫上升較快，有明顯異常跡象。經(jīng)技術(shù)人員現(xiàn)場檢查，異常原因為冷卻器油路主連管內(nèi)有空氣未排盡，冷卻器投入運行后，雖然油泵和風(fēng)扇運轉(zhuǎn)正常，但由于油通道內(nèi)空氣的存在，油流繼電器的開啟壓力不夠，油流繼電器未動作打開油路閥門，變壓器投運后，散熱器內(nèi)油路不通，變壓器油實際未流動散熱，故變壓器油溫上升較快。由于該變壓器未設(shè)置油流異常告警信號，所以在試投冷卻器時未能發(fā)現(xiàn)此隱患。后對冷卻器上部油管道進行排氣，確有氣體排出，將殘余氣體排盡后再次投入冷卻器，油流繼電器正常動作，異?，F(xiàn)象消除，變壓器運行正常。這就是由一次系統(tǒng)引起冷控系統(tǒng)異常的案例，這類故障誘因較隱蔽，不易被檢修人員發(fā)現(xiàn)，但是會造成嚴(yán)重后果。設(shè)計及驗收人員需要對變壓器設(shè)置完善的告警信號回路，以便及時發(fā)現(xiàn)變壓器的異常工況。

3 500 kV變壓器冷控系統(tǒng)常見故障的處理措施

3.1 變壓器冷控系統(tǒng)二次回路絕緣下降引起的各種故障

首先，改善二次回路的運行環(huán)境，盡量減少回路轉(zhuǎn)接次數(shù)。其次，做好對控制電纜的保護，例如，采取給二次回路電纜增加防水護套、在轉(zhuǎn)接線盒處增加防雨罩等措施，以有效降低冷控系統(tǒng)二次回路的絕緣下降速度。再次，運維人員應(yīng)加強對回路的巡視，及時發(fā)現(xiàn)處于故障初期的電纜，避免其發(fā)展成嚴(yán)重故障。

3.2 冷控系統(tǒng)元器件損壞引起的故障

因涉及的二次元器件類型多，型號不一，變壓器運行維護及檢修人員需要了解并熟悉變壓器冷控系統(tǒng)各種故障類型的常見起因，在變壓器冷控系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時及時對故障進行甄別，采取有效的處理措施。雖然不同廠家的變壓器冷控系統(tǒng)使用的元器件各異，但是冷控系統(tǒng)的設(shè)計邏輯大體是一致的，通過對主要變壓器廠家的冷控系統(tǒng)進行細(xì)致分析，人們可以較好地掌握冷控系統(tǒng)的主要元器件功能。對于會導(dǎo)致冷卻器停運的元器件，在其損壞導(dǎo)致冷卻器停運時，須發(fā)出相應(yīng)的告警信號提醒運維人員注意，如果信號回路不滿足要求，應(yīng)對其進行改進。

3.3 冷控系統(tǒng)各一次設(shè)備之間配合不當(dāng)引起的故障

工作人員應(yīng)對回路進行優(yōu)化。針對上文提到的某500 kV變電站的2號主變的故障處理，就是對其信號回路進行了優(yōu)化和改進，在“冷卻器油流異常”信號回路中增加了延時繼電器。增加延時繼電器后，在冷卻器投入過程中，油泵和油流繼電器均處于穩(wěn)態(tài)后才將信號發(fā)出，有效避免油流繼電器動作時告警信號就發(fā)至后臺的情況。對于其他一次設(shè)備配合不當(dāng)引起冷控系統(tǒng)故障的情況，人們可以根據(jù)具體情況對一次設(shè)備的動作靈敏性進行調(diào)節(jié)，使其滿足冷控系統(tǒng)正常運行的要求。

3.4 由一次系統(tǒng)故障引起的冷控系統(tǒng)異常

這種故障一般是在對變壓器本體開展工作時因工序不當(dāng)造成的。對于這種故障類型的處理，首先應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行變壓器本體檢修標(biāo)準(zhǔn)工藝流程，對工作中涉及的部位在工作結(jié)束后須逐一檢查運行是否正常，不可漏項，對發(fā)現(xiàn)異常的設(shè)備及附件及時處理[4]。變壓器檢修發(fā)現(xiàn)，發(fā)生頻率較高的一次系統(tǒng)故障是強油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的潛油泵損壞。人們可以通過聽音法判斷應(yīng)處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)的油泵是否在轉(zhuǎn)動，若無轉(zhuǎn)動聲音，則可判斷油泵損壞。此時關(guān)閉油泵兩側(cè)油路閥門，再對油泵進行更換，然后打開油泵一側(cè)油路閥門，并在另一側(cè)閥門排氣塞處排氣，待油注滿油泵管道后再打開另一側(cè)閥門。

為了提前發(fā)現(xiàn)變壓器冷控系統(tǒng)的故障隱患，避免冷卻器停運情況的發(fā)生，應(yīng)加強對變壓器冷控系統(tǒng)的日常巡視、維護管理工作。一是合理運用全部冷卻器，避免負(fù)荷超標(biāo)運行;二是應(yīng)定期使用電源切換手段，引導(dǎo)電源自動切換，避免出現(xiàn)切換動作的失誤;三是在運行巡視的狀態(tài)下，對變壓器冷卻器運行情況進行檢查，一般應(yīng)從主變溫度、負(fù)荷情況、投入的冷卻器組數(shù)之間吻合性的角度來分析[5];四是要做好變壓器冷控箱的密封，防止變壓器冷控箱頂部銹蝕等造成雨水進入冷控箱，引起內(nèi)部二次元器件的受潮短路，造成冷控系統(tǒng)的誤動;五是在對變壓器的冷卻器進行沖洗時，要做好對冷卻器二次回路及接線盒等的保護，防止在對冷卻器進行沖洗時水進入接線盒等部位引起短路或者接地現(xiàn)象。這會直接導(dǎo)致冷卻器的故障停運，同時可能會引起上級交流電源空開的跳閘，造成冷卻器的全停，需要引起高度注意。

4 結(jié)論

當(dāng)前，電力系統(tǒng)快速發(fā)展，大型變壓器的應(yīng)用需求不斷提升，變壓器運行的穩(wěn)定性具有很高的要求。冷卻系統(tǒng)作為大型變壓器主要的輔助系統(tǒng)，在運行中具有故障點多、故障現(xiàn)象不一致等特點。人們要總結(jié)大型變壓器運行缺陷的處理經(jīng)驗，評估處理措施的消缺效率，以便在變壓器發(fā)生故障時及時準(zhǔn)確地判斷故障的根本原因，提出相應(yīng)的解決方案，提高變壓器運行的安全性和可靠性。

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