500 kV變電站主變冷卻器回路故障分析

王健偉，陳 勇，陸思晨

(國網(wǎng)江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京 210000)

0 引言

某500 kV變電站2號主變采用強(qiáng)油循環(huán)主變，搭配常州東芝變壓器有限公司風(fēng)冷控制系統(tǒng)。強(qiáng)油風(fēng)冷的冷卻設(shè)備包括潛油泵及散熱風(fēng)扇，正常情況下潛油泵及散熱風(fēng)扇周期性運(yùn)轉(zhuǎn)，散熱效果好[1]。變壓器投入運(yùn)行的同時，冷卻系統(tǒng)投入相應(yīng)數(shù)量的冷卻器。若油泵及風(fēng)扇因故停止工作，主變壓器的內(nèi)部油溫急劇升高，嚴(yán)重影響變壓器內(nèi)部絕緣。

1 主變風(fēng)冷回路原理

500 kV變電站2號主變配備7組冷卻器，每組冷卻器可用相應(yīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)選擇工作狀態(tài)，其控制回路原理如圖1所示。變壓器投入運(yùn)行前，將SC1—SC7轉(zhuǎn)換開關(guān)按照負(fù)荷情況選擇在：“工作”“輔助1”“輔助2”或“備用”位置。轉(zhuǎn)換開關(guān)對應(yīng)工作狀態(tài)相應(yīng)觸點(diǎn)說明如表1所示。

表1 SC1—SC7轉(zhuǎn)換開關(guān)分合

正常工作狀態(tài)，以1號冷卻器在工作狀態(tài)、7號冷卻器在備用狀態(tài)為例，QF1在合閘位置，SC1轉(zhuǎn)換開關(guān)在工作狀態(tài)，SC1的11-12接點(diǎn)接通，使得控制1號冷卻器的交流接觸器KM1，KM11激磁，從而KM1，KM11接觸器的主觸頭閉合，驅(qū)動電機(jī)回路(圖1中電機(jī)回路省略)，冷卻器投入運(yùn)行。當(dāng)處于工作方式冷卻器故障時，自動啟動備用狀態(tài)冷卻器。冷卻器不能正常工作時，交流接觸器KM1，KM11的輔助常閉觸點(diǎn)在合位，接通啟動備用冷卻器的交流繼電器K5，使得其動合接點(diǎn)閉合。此時備用冷卻器SC7的9-10在閉合狀態(tài)，啟動備用冷卻器回路，備用冷卻器投入工作。若備用冷卻器發(fā)生故障時，交流中間繼電器K6激磁，發(fā)出備用繼電器投入后故障信號。在備用冷卻器投入運(yùn)行后，如發(fā)生故障的冷卻器修好后重新投入運(yùn)行，則備用冷卻器回路控制回路被切斷，備用冷卻器退出。

圖1 主變冷卻器控制回路

輔助狀態(tài)，以1號冷卻器工作在輔助1狀態(tài)、7號冷卻器工作在輔助2狀態(tài)為例。QF1在合閘位置，SC1轉(zhuǎn)換開關(guān)在輔助1狀態(tài)，即SC1的15-16，1-2接點(diǎn)接通。輔助狀態(tài)冷卻器有按油溫和負(fù)荷兩種啟動方式，在變壓器剛投入電網(wǎng)和負(fù)荷較低時，不投入運(yùn)行，當(dāng)變壓器負(fù)荷增加時，使得電流繼電器KC1激磁，同時變壓器頂層油溫達(dá)到45 ℃時，啟動K3線圈，K3常開接點(diǎn)閉合，啟動輔助1狀態(tài)冷卻器。若變壓器頂層油溫達(dá)到65 ℃或者電流繼電器KC2激磁，啟動K4線圈，K4常開接點(diǎn)閉合，啟動輔助2狀態(tài)冷卻器。當(dāng)變壓器頂層油溫降到55 ℃，且電網(wǎng)負(fù)荷下降使得電流繼電器KC1，KC2復(fù)歸，此時輔助2冷卻器自動退出運(yùn)行。同理，當(dāng)輔助1，2狀態(tài)冷卻器故障時，通過K3常開接點(diǎn)使得中間繼電器K5激磁，備用狀態(tài)冷卻器自動投入運(yùn)行。

2 主變冷卻器回路故障原因分析

2020-10-05，監(jiān)控后臺發(fā)2號主變輔助冷卻器故障信號。現(xiàn)場冷卻器工作狀態(tài)為第二組冷卻器工作在輔助1位置，第四組冷卻器工作在輔助2位置。檢修人員檢查發(fā)現(xiàn)，按負(fù)荷、油溫啟動的輔助中間繼電器K3處于吸合狀態(tài)，即正常情況下第二組冷卻器應(yīng)能投入運(yùn)行。但由于第二組冷卻器電機(jī)回路熱耦繼電器動作，冷卻器控制回路斷開，同時發(fā)2號主變輔助冷卻器故障信號。檢修人員注意到，工作在輔助2狀態(tài)的第四組冷卻器控制回路中的交流接觸器KM4頻繁吸合、復(fù)歸，但實(shí)際油溫、負(fù)荷均不滿足啟動輔助2狀態(tài)冷卻器，且中間繼電器K4未動作，判定輔助2狀態(tài)冷卻器不正常啟動。經(jīng)現(xiàn)場檢查，排除由于電纜絕緣下降導(dǎo)致上述故障。此時將第二組冷卻器熱耦繼電器復(fù)歸后，KM4復(fù)歸恢復(fù)正常，所以初步懷疑第二組冷卻器與第四組冷卻器控制回路存在關(guān)聯(lián)，即存在寄生回路。將圖紙與現(xiàn)場實(shí)際接線核對，排除由于接線錯誤導(dǎo)致寄生回路產(chǎn)生的情況。

在對回路進(jìn)行梳理時發(fā)現(xiàn)，輔助2、4控制回路存在共用電源母線情況。當(dāng)輔助中間繼電器K3處于吸合狀態(tài)，但輔助1回路由于某種情況導(dǎo)致無法正常啟動時，此時第二組冷卻器交流接觸器輔助常閉觸點(diǎn)KM2在閉合狀態(tài)。該情況下即使實(shí)際油溫、負(fù)荷均未啟動中間繼電器K4，但第四組冷卻器SC4轉(zhuǎn)換開關(guān)3-4在合位，與第二組冷卻器SC2轉(zhuǎn)換開關(guān)1-2通過交流接觸器輔助常閉觸點(diǎn)KM2，SC2轉(zhuǎn)換開關(guān)15-16、輔助中間繼電器K3動合接點(diǎn)形成寄生回路。當(dāng)交流接觸器KM4激磁后，寄生回路中KM4常閉接點(diǎn)打開，寄生回路斷開，當(dāng)交流接觸器KM4復(fù)歸后，寄生回路接通，如此循壞導(dǎo)致KM4頻繁吸合、復(fù)歸，長時間如此將導(dǎo)致繼電器燒毀。

此外，按照該500 kV變電站2號主變正常運(yùn)行方式分析，冷卻器投運(yùn)為：兩組工作、兩組輔助1、兩組輔助2、一組備用?，F(xiàn)場負(fù)荷情況，兩組輔助1方式冷卻器都處于正常運(yùn)行狀態(tài)，即油溫及負(fù)荷控制中間繼電器K3處于吸合狀態(tài)。若此時處于工作方式的冷卻器的任意一組發(fā)生故障，都會導(dǎo)致輔助2狀態(tài)冷卻器控制回路中交流接觸器頻繁抖動。若1號冷卻器在工作方式下故障，交流接觸器KM1常閉接點(diǎn)閉合，SC1轉(zhuǎn)換開關(guān)6-5、11-12在合位，同時油溫及負(fù)荷控制中間繼電器K3處于吸合狀態(tài)，輔助2方式4號冷卻器通過其控制回路與工作方式1號冷卻器控制回路形成寄生回路，導(dǎo)致繼電器頻繁抖動。

綜上所述，冷卻器兩組工作、兩組輔助1中任意一組故障，都會導(dǎo)致輔助2控制回路中繼電器頻繁抖動，繼而導(dǎo)致繼電器燒毀，且該情況屬于頻發(fā)事件。此時若油溫、負(fù)荷不斷升高，由于輔助2冷卻器不能正常工作，極端情況下會導(dǎo)致變壓器絕緣能力、負(fù)載能力下降，嚴(yán)重影響變壓器使用年限。

3 改造及建議

改造冷卻器控制回路，將輔助1與輔助2信號回路完全獨(dú)立，不再共用電源母線；同時將中間繼電器K4的常開接點(diǎn)串接在輔助2控制回路中。改造后，原有冷卻器各方式工作原理不變。當(dāng)輔助1回路故障時，通過中間繼電器K3的輔助觸點(diǎn)啟動備用冷卻器，同時發(fā)輔助冷卻器故障信號。輔助2回路故障時，通過中間繼電器K4的輔助觸點(diǎn)啟動備用冷卻器，同時發(fā)輔助冷卻器故障信號，兩者完全獨(dú)立，寄生回路消失。此外，建議對其他主變冷卻器控制回路進(jìn)行排查，以確認(rèn)是否存在類似設(shè)計缺陷。