某電廠主變冷卻器控制模式優(yōu)化

羅金嵩，李光耀，李 琛，周雨童

（中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司三峽水力發(fā)電廠，湖北 宜昌 443133）

0 引言

某電廠主變壓器冷卻方式采用強(qiáng)迫油循環(huán)水冷方式，每臺(tái)主變配置6 臺(tái)強(qiáng)油循環(huán)水冷卻器。主變冷卻器的布置: 由于主變壓器低壓側(cè)電流大、頂部油溫高，因此是從主變油箱低壓側(cè)處引出兩根出油管進(jìn)入主變冷卻器，而高壓側(cè)的底部油溫最低，因此從冷卻器出來(lái)的冷油便通過(guò)兩根回油管導(dǎo)入高壓側(cè)底部。主變冷卻器的強(qiáng)迫油循環(huán)泵安裝在冷卻器進(jìn)油口處，冷卻器的冷卻水正向進(jìn)口電動(dòng)閥（簡(jiǎn)稱(chēng)水閥）裝設(shè)在冷卻器的上方。

冷卻器采用防堵型雙重管變壓器冷卻裝置。冷卻器采用雙層管，內(nèi)層管流水，外層管通油。該冷卻器水流具有雙流向功能，上下布置2 個(gè)水箱。冷卻器能承受水壓力試驗(yàn)為1.2 MPa，持續(xù)時(shí)間30 min；左岸電站供給變壓器冷卻器的水源是從機(jī)組壓力鋼管取上游水庫(kù)的水，通過(guò)濾水器和減壓閥供給變壓器水冷卻器。主變冷卻器原開(kāi)啟模式為先打開(kāi)外部技術(shù)供水為冷卻器水箱沖水，再開(kāi)啟主變冷卻器運(yùn)行。此開(kāi)啟順序由于存在水錘效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致水箱承受過(guò)大的水壓，長(zhǎng)期如此會(huì)導(dǎo)致水箱焊縫受損，存在爆裂風(fēng)險(xiǎn)。

1 某廠主變冷卻器故障分析

1.1 冷卻器水箱故障漏水現(xiàn)象及分析

某廠主變壓器為西門(mén)子（保變）生產(chǎn)，冷卻器為德國(guó)GEA 生產(chǎn)，冷卻器水最大工作壓力1.6 MPa，變壓器運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)變壓器下端水箱裂縫漏水，裂縫長(zhǎng)度幾乎貫穿整個(gè)水箱（水箱長(zhǎng)度4.5 m）。

圖1 水箱焊縫開(kāi)裂現(xiàn)場(chǎng)照片

主變冷卻器依靠水閥連通上下兩個(gè)水箱，原冷卻器的開(kāi)啟流程為先開(kāi)啟技術(shù)供水為冷卻器水箱充水，再打開(kāi)冷卻器運(yùn)行，冷卻器運(yùn)行后，油泵開(kāi)啟運(yùn)行的同時(shí)，水閥打開(kāi)到全開(kāi)位置。在技術(shù)供水為冷卻器水箱充水的瞬間，壓力值陡增，根據(jù)監(jiān)測(cè)，變壓器冷卻水壓力最高達(dá)到1.58 MPa，接近冷卻器水最大工作壓力1.6 MPa，為正常壓力10 倍（正常運(yùn)行壓力0.13 MPa）。由于水箱為不銹鋼管，截面為方形，焊縫長(zhǎng)等同于水箱長(zhǎng)度，開(kāi)機(jī)充水過(guò)程中水壓的波動(dòng)對(duì)水箱焊縫產(chǎn)生了破壞性影響。

圖2 冷卻器開(kāi)啟過(guò)程中主進(jìn)水管壓力變化

1.2 原冷卻器啟動(dòng)控制模式

主變冷卻器的控制為油泵與水閥聯(lián)動(dòng)，水閥電機(jī)可雙向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)開(kāi)啟油泵后，油泵開(kāi)啟接觸器K11 吸合，水閥開(kāi)啟回路開(kāi)始運(yùn)行，當(dāng)水閥開(kāi)啟到位后，限位開(kāi)關(guān)常閉接點(diǎn)斷開(kāi)，電機(jī)停轉(zhuǎn)，限位開(kāi)關(guān)常開(kāi)接點(diǎn)閉合，水閥開(kāi)啟信號(hào)燈回路閉合，顯示水閥開(kāi)啟狀態(tài)。此時(shí)冷卻器水由于外部壓力存在，可進(jìn)到水路中，油泵電機(jī)保持運(yùn)行，使得油路中的熱油被冷卻。水閥的閉合控制同理。

圖3 改進(jìn)前的主變冷卻器油泵水閥控制回路

1.3 主變冷卻器現(xiàn)有方式的優(yōu)點(diǎn)分析

水閥與油泵聯(lián)動(dòng)，符合現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行實(shí)際需求，現(xiàn)場(chǎng)溫度低于40℃時(shí)，僅有3 組冷卻器油泵水閥開(kāi)啟，另外3 組冷卻器水閥油泵處于關(guān)閉狀態(tài)，即僅在油泵開(kāi)啟，有油循環(huán)的冷卻器中，流入冷卻水對(duì)油進(jìn)行降溫，避免了水閥常開(kāi)時(shí)水資源的浪費(fèi)。聯(lián)動(dòng)模式使得油路和水路始終保持同步性，使得油流、水流、油壓、水壓的狀態(tài)始終保持一致，方便現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)缺陷以及異?，F(xiàn)象。且聯(lián)動(dòng)模式使得回路簡(jiǎn)單、元器件數(shù)量少，降低了缺陷率。

變壓器主變冷卻器控制回路元器件連接多、接線復(fù)雜、維護(hù)工作量大，且易出現(xiàn)設(shè)計(jì)不足和功能缺陷。

該聯(lián)動(dòng)模式已經(jīng)在電站運(yùn)行及推廣多年，冷卻器設(shè)備總體運(yùn)行穩(wěn)定可靠，貿(mào)然取消6 組冷卻器油泵水閥的聯(lián)動(dòng)模式，不僅在回路設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維、設(shè)備故障率等方面存在諸多不確定性，而且對(duì)于PLC程序的設(shè)計(jì)提出巨大挑戰(zhàn)。原本冷卻器油泵的程序控制就受到啟停條件、循環(huán)輪換 、溫度啟動(dòng)、故障啟動(dòng)、冷卻器全停、遠(yuǎn)方現(xiàn)地、自動(dòng)/程控/手動(dòng)、電源切換等邏輯的影響，現(xiàn)再加入6 組水閥的PLC 控制，會(huì)使得程序復(fù)雜程度出現(xiàn)幾何數(shù)級(jí)的增加，不利于現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行對(duì)于自動(dòng)化程度高、缺陷率低的需求。

故在后續(xù)的優(yōu)化方案選擇上，盡量只考慮修改一組冷卻器的油泵水閥控制回路，且盡量減少對(duì)原PLC 程序的改動(dòng)，在保持原有冷卻器控制模式不改動(dòng)的基礎(chǔ)上，思考如何做到在冷卻器開(kāi)啟前，保持一臺(tái)水閥的開(kāi)啟；在冷卻器停運(yùn)過(guò)程中，也保持一臺(tái)水閥的開(kāi)啟，通過(guò)優(yōu)化二次回路以及PLC 程序控制，使得水錘效應(yīng)對(duì)冷卻器水箱的影響減到最小。

2 主變冷卻器控制模式優(yōu)化方案

現(xiàn)優(yōu)化主變冷卻器控制模式，通過(guò)取消油泵與水閥的聯(lián)動(dòng)模式?？紤]現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，來(lái)確保主變技術(shù)供水開(kāi)啟前，以及主變冷卻器投入運(yùn)行前，有一臺(tái)冷卻器的水閥在開(kāi)啟狀態(tài)，聯(lián)通上下兩個(gè)水箱。在主變冷卻器停止運(yùn)行后，以及主變技術(shù)供水關(guān)閉前，仍舊有一臺(tái)冷卻器的水閥在開(kāi)啟狀態(tài)。且該水閥的開(kāi)啟狀態(tài)，不影響6 組冷卻器的啟停條件、循環(huán)輪換 、溫度啟動(dòng)、故障啟動(dòng)、冷卻器全停、遠(yuǎn)方現(xiàn)地、自動(dòng)/程控/手動(dòng)、電源切換模式。

2.1 二次控制回路優(yōu)化

選擇1 號(hào)水閥作為常開(kāi)水閥，來(lái)聯(lián)通上下2 個(gè)冷卻器水箱。對(duì)1 號(hào)水閥開(kāi)啟與關(guān)閉回路進(jìn)行修改，在回路加入水閥開(kāi)啟與關(guān)閉的繼電器K47 的兩對(duì)接點(diǎn)，K47 繼電器為雙位置鎖存繼電器，開(kāi)啟與關(guān)閉接點(diǎn)分別由PLC 輸出DO 脈沖進(jìn)行控制。

S21 把手切現(xiàn)地控制模式后，K47 繼電器13-14接點(diǎn)被短接，K47 繼電器21-22 接點(diǎn)被斷開(kāi)，該回路恢復(fù)到與舊控制回路相同的狀態(tài)，可以手動(dòng)實(shí)現(xiàn)1 號(hào)油泵與水閥的開(kāi)啟關(guān)閉操作。即該回路設(shè)計(jì)方案實(shí)現(xiàn)了冷卻器控制切現(xiàn)地后，1 號(hào)水閥開(kāi)關(guān)控制模式與原模式一致。

圖4 改進(jìn)后的1 號(hào)主變冷卻器油泵水閥控制回路

圖5 改進(jìn)后新增主變冷卻器PLC 開(kāi)出DO 回路

S21 把手切遠(yuǎn)方控制模式會(huì)在下文結(jié)合PLC 程序修改進(jìn)行分析。

2.2 PLC 控制程序優(yōu)化

通過(guò)修改PLC 程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)水閥的開(kāi)啟與關(guān)閉的控制，僅需增加一行程序即可實(shí)現(xiàn)上述需求的控制方式，使得1 號(hào)水閥作為常開(kāi)水閥。DI_LQ2_PYX 至DI_LQ6_PYX 為2 號(hào)～6 號(hào)共5 臺(tái)冷卻器的油泵開(kāi)啟接觸器的常開(kāi)接點(diǎn)，TON 為延時(shí)輸出，TP為1 s 脈沖計(jì)時(shí)器。

圖6 冷卻器控制PLC 新增程序邏輯

2.2.1 冷卻器開(kāi)停機(jī)過(guò)程分析

（1）正常運(yùn)行時(shí)，遠(yuǎn)方自動(dòng)模式下，若1 號(hào)冷卻器處于運(yùn)行狀態(tài)，1 號(hào)水閥打開(kāi)。當(dāng)主變冷卻器收到監(jiān)控停運(yùn)令后，所有正在運(yùn)行的冷卻器油泵接觸器返回，油泵電機(jī)停運(yùn)，油泵接觸器常開(kāi)接點(diǎn)返回，左側(cè)與邏輯連通，右側(cè)上方1 號(hào)水閥遠(yuǎn)方保護(hù)開(kāi)令連通，輸出1 s 脈沖，K47 繼電器1 號(hào)水閥遠(yuǎn)方保護(hù)開(kāi)DO 勵(lì)磁，K47 的21-22 接點(diǎn)閉合，對(duì)照二次控制回路，1 號(hào)水閥關(guān)閉回路斷開(kāi)，1 號(hào)水閥開(kāi)啟回路接通，直至1 號(hào)水閥開(kāi)啟到位。即1 號(hào)水閥能夠?qū)崿F(xiàn)在冷卻器停運(yùn)瞬間自動(dòng)開(kāi)啟，且保持在開(kāi)啟狀態(tài)，直至下一次開(kāi)機(jī)前。

（2）接上面的狀態(tài)，下一次開(kāi)機(jī)時(shí)，1 號(hào)水閥保持在開(kāi)啟狀態(tài)。遠(yuǎn)方自動(dòng)模式下，若1 號(hào)冷卻器為開(kāi)啟的運(yùn)行組之一，在2～6 號(hào)任意一臺(tái)冷卻器開(kāi)啟后，左側(cè)與邏輯斷開(kāi)，延時(shí)10 s 右側(cè)下方1 號(hào)水閥遠(yuǎn)方自動(dòng)控令連通，輸出1 s 脈沖，K47 繼電器1 號(hào)水閥遠(yuǎn)方自動(dòng)控DO 勵(lì)磁，K47 的13-14 接點(diǎn)閉合，對(duì)照二次控制回路，1 號(hào)水閥關(guān)閉與開(kāi)啟回路與舊回路完全相同。即整個(gè)冷卻器開(kāi)啟過(guò)程，1 號(hào)水閥保持開(kāi)啟狀態(tài)，1 號(hào)水閥和油泵保持聯(lián)動(dòng)開(kāi)啟狀態(tài)。

（3）下一次開(kāi)機(jī)時(shí)，1 號(hào)水閥保持在開(kāi)啟狀態(tài)。遠(yuǎn)方自動(dòng)模式下，若1 號(hào)冷卻器為非運(yùn)行組，在2～6號(hào)任意一臺(tái)冷卻器開(kāi)啟后，左側(cè)與邏輯斷開(kāi)，延時(shí)10 s 右側(cè)下方1 號(hào)水閥遠(yuǎn)方自動(dòng)控令連通，輸出1 s脈沖，K47 繼電器1 號(hào)水閥遠(yuǎn)方自動(dòng)控DO 勵(lì)磁，K47 的13-14 接點(diǎn)閉合，對(duì)照二次控制回路，1 號(hào)水閥關(guān)閉與開(kāi)啟回路與舊回路完全相同。即整個(gè)冷卻器開(kāi)啟過(guò)程，1 號(hào)水閥保持開(kāi)啟狀態(tài)10 s，10 s 后其他冷卻器水閥已經(jīng)開(kāi)啟到位，之后1 號(hào)水閥和油泵保持聯(lián)動(dòng)關(guān)閉狀態(tài)。

根據(jù)上述分析，正常運(yùn)行時(shí)，遠(yuǎn)方自動(dòng)模式下，若1 號(hào)冷卻器處于停運(yùn)狀態(tài)，1 號(hào)水閥會(huì)保持在關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)主變冷卻器收到監(jiān)控停運(yùn)令后，所有正在運(yùn)行的冷卻器油泵接觸器返回，油泵電機(jī)停運(yùn)，油泵接觸器常開(kāi)接點(diǎn)返回，左側(cè)與邏輯連通，右側(cè)上方1 號(hào)水閥開(kāi)啟令連通，輸出1 s 脈沖，即1 號(hào)主變冷卻器的水閥在所有油泵停運(yùn)瞬間會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟，且在冷卻器完全停運(yùn)后仍舊保持在開(kāi)啟狀態(tài)，直至下一次開(kāi)機(jī)前。

綜合上述分析，在冷卻器開(kāi)停機(jī)的整個(gè)過(guò)程，均能保證6 組中有水閥處于開(kāi)啟狀態(tài)。

2.2.2 其余運(yùn)行工況分析

包括正常的操作與極端工況條件下對(duì)水閥控制模式的分析。

（1）冷卻器正常輪換：正常輪換過(guò)程中，2～6 號(hào)油泵總有處于運(yùn)行的，K47 繼電器1 號(hào)水閥遠(yuǎn)方自動(dòng)控DO 勵(lì)磁，回路排除了K47 繼電器接點(diǎn)的影響，與原控制模式相同。

（2）交流電源切換過(guò)程：交流電源的切換會(huì)導(dǎo)致水閥電機(jī)回路短暫失電，但由于水閥控制回路的K47 繼電器為鎖存繼電器，故當(dāng)電源恢復(fù)后，水閥仍舊維持失電前的模式。

（3）兩路直流消失：由于K47 繼電器為鎖存繼電器，該繼電器失電前狀態(tài)可以保持，若K47 繼電器1 號(hào)水閥遠(yuǎn)方自動(dòng)控DO 勵(lì)磁，則失電后水閥保持原開(kāi)啟關(guān)閉狀態(tài)；若K47 繼電器1 號(hào)水閥遠(yuǎn)方保護(hù)開(kāi)DO 勵(lì)磁，則失電后1 號(hào)水閥開(kāi)啟回路接通，1 號(hào)水閥關(guān)閉回路可靠斷開(kāi)。

（4）全停故障恢復(fù)：全停故障發(fā)生后，由于所有油泵與水閥均失電，水閥均保持在失電前的狀態(tài)，在交流電源恢復(fù)后，隨著油泵電機(jī)的開(kāi)啟，對(duì)應(yīng)的水閥保持在開(kāi)啟狀態(tài)。

（5）PLC 故障：此時(shí)為避免冷卻器出現(xiàn)全停，運(yùn)行人員會(huì)將冷卻器控制模式切至現(xiàn)地，并手動(dòng)開(kāi)啟冷卻器，前文已分析現(xiàn)地模式下，與原控制模式完全相同。

3 優(yōu)化后的效果

在主變冷卻器運(yùn)行過(guò)程中，無(wú)論1 號(hào)冷卻器是否處于運(yùn)行狀態(tài)，其控制模式與原模式相同，若1 號(hào)冷卻器為運(yùn)行組，1 號(hào)油泵與水閥保持原聯(lián)動(dòng)模式；若1 號(hào)冷卻器為非運(yùn)行組，1 號(hào)油泵與水閥保持關(guān)閉狀態(tài)。故其溫度啟動(dòng)、故障啟動(dòng)、冷卻器全停、遠(yuǎn)方現(xiàn)地、自動(dòng)/程控/手動(dòng)等模式也與原模式相同。

在主變冷卻器停運(yùn)過(guò)程中，1 號(hào)水閥始終能保持開(kāi)啟狀態(tài)。以最小的代價(jià)，相當(dāng)好的解決了冷卻器充水期間的水錘效應(yīng)。

冷卻器控制模式修改后，運(yùn)行情況良好。

4 總結(jié)

綜上所述，在進(jìn)行改動(dòng)后，冷卻器啟停條件、循環(huán)輪換 、溫度啟動(dòng)、故障啟動(dòng)、冷卻器全停、遠(yuǎn)方現(xiàn)地、自動(dòng)/程控/手動(dòng)、電源切換模式均與原模式保持一致。實(shí)現(xiàn)了開(kāi)停機(jī)過(guò)程中，保證至少有1 臺(tái)水閥開(kāi)啟，使冷卻器水路始終保持連通狀態(tài)，極大地削弱了水錘效應(yīng)對(duì)水箱的沖擊，達(dá)到了優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的預(yù)期效果。