強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器冷卻器控制回路故障分析及優(yōu)化

鐘著輝，陳雯鈺，鄭權(quán)國，劉 星，李 冬，李智琦

（國網(wǎng)常德供電公司，湖南 常德 415000）

0 引言

油浸式變壓器的冷卻方式有強(qiáng)油風(fēng)冷、強(qiáng)油水冷、油浸風(fēng)冷、油浸自冷等。以往220 kV變壓器的冷卻方式通常為強(qiáng)油風(fēng)冷。隨著技術(shù)、工藝和材料的進(jìn)步，近年來新投運(yùn)的變壓器大多采用油浸自冷或風(fēng)冷的冷卻方式，但仍有大量的強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器在運(yùn)。強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器正常運(yùn)行時(shí)需保證有一定數(shù)量的冷卻器在工作或備用狀態(tài)，隨負(fù)荷和油溫變化自動增減投運(yùn)的冷卻器數(shù)量，當(dāng)冷卻器全停時(shí)，不能進(jìn)行油循環(huán)，變壓器油溫快速升高。當(dāng)前各變電站都是無人值守，變壓器工況由遠(yuǎn)方監(jiān)控。強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器大多投運(yùn)年限長，其冷卻器電路一般采用常規(guī)繼電器控制，由于控制元件、電動機(jī)、油泵等的老化，故障數(shù)量逐年增多。監(jiān)控人員可能會誤判、漏判某些不常見故障，例如備用冷卻器不啟動、故障時(shí)不發(fā)信等［1-3］。本文結(jié)合某冷卻器全停故障，對強(qiáng)油風(fēng)冷冷卻器各部分電路進(jìn)行分析，指出電路中的不足，并提出改進(jìn)措施。

1 冷卻器控制電路原理簡析

典型的冷卻器控制電路包括電源切換電路、各組冷卻器起動控制電路、信號電路、冷卻器全停跳閘電路等。

1.1 電源切換電路

電源切換電路如圖1所示。冷卻器由兩路電源供電，1KM和2KM分別為兩路電源的主接觸器，1QZ—3QZ為空氣開關(guān)。1KA、2KA為電源監(jiān)視繼電器，KE為缺相監(jiān)視繼電器。當(dāng)電源切換開關(guān)SA置左45o位置，選擇第1路電源工作、第2路電源備用，缺相監(jiān)視繼電器KE監(jiān)視第1路電源。1KD為冷卻器自投控制繼電器，受變壓器三側(cè)位置控制，投入后不勵磁。2KD為KE的重動繼電器。若第1路、第2路電源都有電，第1路電源經(jīng)SA的[13]-[14]，2KD常閉接點(diǎn)，1KA常開接點(diǎn)，2KM常閉接點(diǎn)，1KD常閉接點(diǎn)起動1KM，輸出第1路電源。當(dāng)?shù)?路電源無電或缺相時(shí)，1KA不勵磁或2KD勵磁都會使1KM回路斷開。此時(shí)第2路電源經(jīng)SA的[17]-[18]，1KA常閉接點(diǎn)或2KD常開接點(diǎn)，2KA常開接點(diǎn)，1KM常閉接點(diǎn)，1KD常閉接點(diǎn)起動2KM，電源切換到第2路供電。若第1路電源恢復(fù)正常，電源又自動切換到第1路供電。當(dāng)SA選擇第2路電源供電時(shí)，情況類似［4-5］。

圖1 電源切換電路

1.2 冷卻器起動控制電路

每組冷卻器有工作、輔助、備用和停止4種模式。以第1組冷卻器為例進(jìn)行說明。每組冷卻器有1臺油泵和2～4臺風(fēng)扇電動機(jī)，如圖2所示。1KBM、1KFM分別為起動潛油泵、風(fēng)扇電動機(jī)的接觸器，1FB、1FF1和1FFn為電動機(jī)熱電偶，1KJ為油流繼電器，油泵起動后動作。當(dāng)S1A置于工作模式時(shí)，接點(diǎn)⑤-⑥、⑦-⑧接通，1KBM、1KFM動作，冷卻器的潛油泵和風(fēng)扇電動機(jī)開始運(yùn)行，由于1KBM的常開接點(diǎn)串聯(lián)在1KFM回路中，只有潛油泵起動后，風(fēng)扇才能起動。當(dāng)S1A置于輔助模式時(shí)，S1A接點(diǎn)①-②、③-④接通，通過油溫和變壓器負(fù)荷電流進(jìn)行起停控制，當(dāng)油溫高于55℃或者電流繼電器KL達(dá)到定值時(shí)，4KA動作，輔助冷卻器起動，當(dāng)油溫降到45℃以下，4KA返回，輔助冷卻器停止運(yùn)行［6］。

圖2中1HL為本組冷卻器運(yùn)行指示燈，當(dāng)1KBM、1KFM和1KJ都動作時(shí)點(diǎn)亮。若處于工作或輔助模式的冷卻器出現(xiàn)故障，例如1FB或1FF1動作，或者1KJ不動作，2KT經(jīng)S1A的⑦-⑧或③-④，1KJ常閉接點(diǎn)或1KBM常閉接點(diǎn)或1KFM常閉接點(diǎn)起動，2KT動作后延時(shí)起動5KT。5KT為備用冷卻器起動繼電器，假設(shè)第3組冷卻器置于備用工作狀態(tài)，S3A 接點(diǎn)[13]-[14]、[15]-[16]接通，備用冷卻器的 3KBM、3KFM經(jīng)5KA起動。若備用冷卻器故障，起動失敗，則 3KT 經(jīng) S3A 的[15]-[16]、[13]-[14]起動，發(fā)出備用冷卻器起動故障信號。

圖2 冷卻器起動控制電路

1.3 冷卻器全停及信號電路

冷卻器全停及信號電路如圖3所示。當(dāng)兩路電源都消失時(shí)，1KM和2KM均不勵磁，其一組常閉接點(diǎn)串聯(lián)發(fā)全停信號，另一組常閉接點(diǎn)起動K2T和K1T，K2T延時(shí)60 min跳閘，K1T延時(shí)20 min和超溫75℃接點(diǎn)串聯(lián)后跳閘。

圖3 冷卻器全停及信號電路

當(dāng)1KA或2KA不勵磁時(shí)，發(fā)電源故障信號。當(dāng)工作電源缺相時(shí)，2KD勵磁發(fā)電源缺相信號。當(dāng)5KA動作時(shí)，發(fā)備用冷卻器投入信號。當(dāng)3KT動作時(shí)，發(fā)備用冷卻器投入故障信號。

2 冷卻器全停故障案例分析

某供電公司集控站人員在監(jiān)盤時(shí)發(fā)現(xiàn)某220 kV變電站2號主變壓器油溫異常，升高到了75℃，未收到冷卻器全停和其他異常信號。監(jiān)控人員立即轉(zhuǎn)移負(fù)荷，安排人員去現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)主變壓器三側(cè)斷路器在合閘位置，主變壓器油溫確已異常升高，冷卻器兩路交流電源正常，但全部冷卻器停止工作，各運(yùn)行燈不亮，現(xiàn)場也無冷卻器全停信號。該主變壓器共有4組冷卻器，其中1號、3號設(shè)置在工作模式，2號設(shè)置在輔助模式，4號設(shè)置在備用模式。運(yùn)維人員立即退出全停跳閘壓板，手動將4號冷卻器切換到工作模式，4號冷卻器起動運(yùn)轉(zhuǎn)正常，主變壓器油溫開始下降。

隨后，檢修人員對冷卻器故障進(jìn)行排查。正常情況下，當(dāng)任一組處于運(yùn)行狀態(tài)的冷卻器發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)起動備用冷卻器，并發(fā)出備用冷卻器投入信號。當(dāng)備用冷卻器故障不能自動起動時(shí)，應(yīng)發(fā)出備用冷卻器投入故障信號。本次故障現(xiàn)場和監(jiān)控?zé)o任何信號，監(jiān)控只是通過對油溫的監(jiān)視發(fā)現(xiàn)了主變壓器溫度異常。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，潛油泵電動機(jī)的熱電偶1FB動作導(dǎo)致該主變壓器1號、3號冷卻器停運(yùn)。2號冷卻器由油溫或負(fù)荷控制起動，檢查發(fā)現(xiàn)其潛油泵仍在運(yùn)行，但風(fēng)扇電動機(jī)的熱電偶動作使風(fēng)扇停轉(zhuǎn)。由于2號冷卻器的潛油泵仍在運(yùn)行，維持了部分油流循環(huán)，散熱作用仍在，才使得主變壓器免于過熱損壞。

4號備用冷卻器不能自動投入的原因是時(shí)間繼電器2KT損壞，5KA不能動作，備用冷卻器不能起動，同時(shí)3KT也不能經(jīng)5KA起動，故不能發(fā)出備用冷卻器投入故障信號。

3 冷卻器控制電路缺陷分析

3.1 電源切換回路缺陷

圖1中電源缺相監(jiān)視繼電器KE由SA進(jìn)行切換選擇，只能監(jiān)視工作電源。當(dāng)工作電源故障，回路自動切換到備用電源運(yùn)行時(shí)，若備用電源的B相和C相缺相，油泵、風(fēng)扇電動機(jī)會因缺相運(yùn)行而燒壞，同時(shí)也不能發(fā)出缺相故障信號。

3.2 信號監(jiān)視回路缺陷

上述案例中冷卻器電路在信號監(jiān)視方面存在明顯缺陷。一是冷卻器全停和跳閘信號僅在兩路電源全失去的情況下才能發(fā)出，而當(dāng)電源正常，控制電路元件故障引起冷卻器全停時(shí)不能發(fā)出信號。二是每組冷卻器無獨(dú)立的監(jiān)視信號，運(yùn)行中的冷卻器發(fā)生故障時(shí)，只能靠備用冷卻器投入信號來判斷，而當(dāng)備用冷卻器投入回路元件故障時(shí)，該信號無法發(fā)出。

4 冷卻器控制電路優(yōu)化

4.1 電源切換電路的優(yōu)化

優(yōu)化后的電源切換電路如圖4所示。把原第1路和第2路電源監(jiān)視繼電器1KA和2KA更換為三相監(jiān)視繼電器，經(jīng)1QK和2QK分別接到兩路主電源上。當(dāng)三相電源正常且相序正確時(shí)，1KA或2KA勵磁，1KA和2KA的常閉接點(diǎn)發(fā)電源正常信號。取消原經(jīng)SA切換后的工作電源缺相監(jiān)視繼電器KE及其重動繼電器2KD。該優(yōu)化方案不但簡化了電路，而且使兩路電源在任何工況下均能得到監(jiān)視，提高了可靠性。

圖4 電源切換電路改進(jìn)

4.2 信號電路的優(yōu)化

優(yōu)化后的信號電路如圖5所示。原每組冷卻器正常起動后有就地指示燈顯示，但無遠(yuǎn)方信號。在每組冷卻器的運(yùn)行燈回路并接1HLJ至NHLJ繼電器，并將其常開接點(diǎn)引出，作為每組冷卻器運(yùn)行信號。把全部冷卻器的HLJ常閉接點(diǎn)串聯(lián)后引出，作為另一類冷卻器全停故障輸出，該輸出只發(fā)信號不跳閘，原冷卻器全停信號改為冷卻器電源全停。該優(yōu)化方案解決了當(dāng)兩路電源正常但實(shí)際全部冷卻器停運(yùn)時(shí)，無信號發(fā)出的問題。

圖5 信號電路改進(jìn)

5 結(jié)語

按上述方案改造后的冷卻器控制回路現(xiàn)場運(yùn)行情況良好，解決了內(nèi)部元件故障導(dǎo)致的異常工況漏監(jiān)問題，提高了可靠性，為強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器冷卻器控制電路改進(jìn)提供了借鑒。