基于DCS的某火電廠主變壓器冷卻器控制系統(tǒng)可行性分析

張瑞明

(浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司，浙江 嘉興 314201)

主變壓器(以下簡稱“主變”)將發(fā)電機發(fā)出的電能進行升壓輸送到電力網(wǎng)絡(luò)供給用戶用電，在火電廠中起著重要的作用。主變冷卻器控制系統(tǒng)作為主變的重要組成部分，其安全穩(wěn)定運行直接關(guān)系到主變輸出能力以及運行的安全性及經(jīng)濟性。

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)冷卻3種方式。目前已經(jīng)投運的大型變壓器多采用強迫油循環(huán)冷卻方式[1]。強油風(fēng)冷系統(tǒng)主要由潛油泵、風(fēng)機、油流繼電器、散熱器、導(dǎo)油管、蝶閥等附件組成[2]。某火電廠主變冷卻器控制系統(tǒng)采用分立元器件通過硬接點搭接來實現(xiàn)各種功能，接線復(fù)雜且存在多線并接、體積大導(dǎo)致占地面積大、分立元器件受環(huán)境因素影響大、故障隱秘性強不利于維護人員及時發(fā)現(xiàn)等問題，無法實現(xiàn)主變冷卻器控制系統(tǒng)的智能化控制要求。DCS控制系統(tǒng)在火電廠運用廣泛且技術(shù)成熟，如果進行技術(shù)改造，將主變冷卻器組控制邏輯、冷卻器全停邏輯由DCS實現(xiàn)，對主變冷卻器自動投切進行最優(yōu)控制，可保證主變安全經(jīng)濟運行[3-6]。

下面針對某火電廠220 kV主變冷卻器全停事件，探討基于DCS的主變冷卻器控制系統(tǒng)的可行性。

1 主變冷卻器全停故障情況

2017年5月17日12:15，計算機監(jiān)控系統(tǒng)(distributed control system，DCS)發(fā)出“2號主變冷卻器工作電源Ⅰ故障”、“2號主變冷卻器全停故障”報警。運行人員就地檢查發(fā)現(xiàn)2號所有主變冷卻器均已停運，為防止主變油溫及繞組溫度上升至75 ℃，達到延時時間而觸發(fā)機組跳閘，運行人員在發(fā)變組屏退出主變冷卻器全停跳閘出口壓板，經(jīng)調(diào)度同意，解除機組自動發(fā)電控制(automatic generation control，AGC)，機組減負荷。

2 主變冷卻器全停故障分析

主變冷卻器有2路輸入電源，在主變冷卻器控制箱內(nèi)通過轉(zhuǎn)換開關(guān)SAM1實現(xiàn)主備用電源切換。主變冷卻器控制回路如圖1、圖2所示，全停跳閘回路如圖3所示。

圖1 主變冷卻器控制回路1

圖2 主變冷卻器控制回路2

圖3 主變冷卻器全?？刂苹芈?/p>

繼保維護人員檢查及分析主變冷卻器全停故障原因如下。

a.監(jiān)視繼電器KX1故障主要原因

主路電源(工作電源Ⅰ)監(jiān)視繼電器KX1的過電壓報警燈亮，導(dǎo)致繼電器K5失電，從而主變冷卻器主路電源失去。監(jiān)視繼電器KX1具備電壓越限、斷相與相序監(jiān)視功能，但實際情況是380 V輸入電源穩(wěn)定，是由于現(xiàn)場環(huán)境因素以及運行時間長而導(dǎo)致監(jiān)視繼電器誤報警。類似情況已經(jīng)不止一次發(fā)生，每次都是監(jiān)視繼電器報過電壓故障時，將整定值調(diào)高，目前整定值已經(jīng)調(diào)為上限值。

b.繼電器K6故障次要原因

主變冷卻器在主路電源失去后，監(jiān)視繼電器KX2得電，KX2常開觸點閉合，繼電器K6得電，K6常開觸點閉合，接通備用電源(工作電源Ⅱ)接觸器KMM2，繼續(xù)為主變冷卻器供電。而實際情況主變冷卻器在主路電源失去時并未成功切換至備用電源，就地檢查發(fā)現(xiàn)繼電器K6并未完全吸合，用螺絲刀將K6觸點頂?shù)轿缓?，冷卻器正常運行。

《電力變壓器運行規(guī)程》規(guī)定：強油循環(huán)風(fēng)冷和強油循環(huán)水冷變壓器，當(dāng)冷卻器控制系統(tǒng)故障切除全部冷卻器時，允許帶額定負荷運行20 min。如20 min后頂層油溫尚未達到75 ℃，則允許等待主變頂層油溫上升至75 ℃，但此狀態(tài)下主變運行時間最長不得超過60 min[7]。主變采用強迫油循環(huán)風(fēng)冷的SFP10-37000/220型三相雙繞組油浸式變壓器，配置5組冷卻器，3組運行，2組備用，均由XKWFP-32型冷卻器控制箱控制，時間繼電器整定與規(guī)程要求一致。因此必須在60 min之內(nèi)消除故障，恢復(fù)主變冷卻器供電。

在更換好監(jiān)視繼電器將主變冷卻器由主路電源供電的前提下，更換K6時發(fā)現(xiàn)，K5的常開觸點的一端頭與K6的一端并接然后再接至SAM1操作手柄，因而必須采取措施(用短接線將U1與接觸器KMM1的 A2端短接)才能確保冷卻器不失電，而不能簡單拆下K6進行更換，否則將會導(dǎo)致接觸器KMM1失電，造成冷卻器再次全停。

3 主變冷卻器控制回路改造前后分析

如圖4所示，在對主變冷卻器控制回路進行改造后，主路電源Ⅰ為2組運行冷卻器與1組備用冷卻器供電，主路電源Ⅱ為1組運行冷卻器與1組備用冷卻器供電。改造前，每路輸入電源均需要承擔(dān)5組冷卻器的供電，如果一旦某路電源失去而另1路又未自動投入時，將面臨主變冷卻器全停風(fēng)險；而改造后一旦某1路電源失去，另1路仍可繼續(xù)運行，從而保證了至少有2組冷卻器運行。為繼保維護人員排除故障爭取了時間，同時也不必降低發(fā)電機出力。

圖4 改造后主變冷卻器交流回路及控制電源回路

傳統(tǒng)主變冷卻器控制系統(tǒng)是通過硬接線將繼電器、接觸器、開關(guān)輔助觸點串并接組成硬邏輯控制，而由于主變冷控箱空間有限，導(dǎo)致繼電器排列緊湊，引發(fā)了散熱不良等惡性影響；同時由于硬接線的電纜破損造成繼電器誤動作。改造后的冷卻器控制系統(tǒng)通過PLC代替大量的繼電器與接觸器，將相應(yīng)的信號、接點上送至DCS監(jiān)控系統(tǒng)，在DCS監(jiān)控系統(tǒng)搭接軟邏輯來實現(xiàn)冷卻器控制系統(tǒng)的邏輯，如圖5所示，在穩(wěn)定性、可靠性、可控制性上有很大的優(yōu)勢。

圖5 改造后主變冷卻器控制系統(tǒng)邏輯

廣泛應(yīng)用于火電廠的DCS控制系統(tǒng)具有可拓展性及可編輯性極強且適用性強的特點，當(dāng)設(shè)備換型改造或其他需要改變主變冷卻器控制邏輯時，只需要在DCS監(jiān)控系統(tǒng)修改邏輯，可操作性強，不易發(fā)生誤動作的風(fēng)險。在改造后的1年多時間內(nèi)，并未發(fā)生主變冷卻器控制系統(tǒng)的相關(guān)問題；根據(jù)運行操作人員反應(yīng)，此套控制系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)而言，由于其硬接線少，監(jiān)盤人員對冷卻器控制系統(tǒng)的掌握更直觀，這也驗證了基于DCS的主變冷卻器控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可操作性。

但在主變冷卻器控制回路改造之后、主變投運之前，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求驗證信號、跳閘、切換邏輯的正確性；冷卻器控制箱要做好防止小動物進入的措施，防止由于小動物誤入帶電間隔導(dǎo)致的風(fēng)機停運，影響主變冷卻器的正常運行[8]；最后，做好驗收工作，把控好改造質(zhì)量是改造項目的關(guān)鍵節(jié)點[9]。

4 結(jié)束語

基于DCS的主變冷卻器控制系統(tǒng)減少了控制回路中的硬接線，降低了故障率，并且火電廠運維人員對DCS控制系統(tǒng)非常熟悉，提高了控制系統(tǒng)的可靠性、可操作性，減少了運維人員的維護工作量，避免了由于繼電器硬接線回路的故障隱秘而不容易發(fā)現(xiàn)的問題，實現(xiàn)了主變冷卻器控制系統(tǒng)全部實時信息的自動采集，滿足了運維人員進行事故分析的需求。