勵(lì)磁變壓器冷卻系統(tǒng)改進(jìn)技術(shù)方案研究

樓彬，包小兵，傅益垚

1.嘉興南洋職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江嘉興，314031；2.緊水灘水力發(fā)電廠，浙江麗水，323000

0 引言

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，電力需求也不斷增加，對(duì)用電的安全性和可靠性也帶來了巨大的挑戰(zhàn)。變壓器作為電網(wǎng)系統(tǒng)中的重要組成部分，對(duì)安全用電起到至關(guān)重要的作用。而當(dāng)前的變壓器運(yùn)行壓力普遍較大，變壓器的材質(zhì)結(jié)構(gòu)、投運(yùn)年限以及運(yùn)行環(huán)境等都會(huì)對(duì)其造成影響，在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，加速變壓器的絕緣老化，降低使用壽命[1]。冷卻系統(tǒng)是變壓器上的一個(gè)重要附屬設(shè)備，對(duì)變壓器乃至整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的正常運(yùn)行起到重要作用。冷卻系統(tǒng)發(fā)生的最嚴(yán)重故障是全停事故，因不能及時(shí)散熱，變壓器油溫升高，進(jìn)而導(dǎo)致電網(wǎng)系統(tǒng)不能正常健康運(yùn)行，造成極其嚴(yán)重的后果[2]。因而，提升變壓器冷卻系統(tǒng)的散熱水平十分重要，防止因不良散熱導(dǎo)致變壓器損壞，避免不必要的損失。

目前，變壓器冷卻系統(tǒng)的主要冷卻方式有以下幾種：①油浸自冷式（ONAN）；②油浸風(fēng)冷式（ONAF）；③強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷（OFAF）；④強(qiáng)迫油循環(huán)水冷（OFWF）；⑤強(qiáng)迫油循環(huán)導(dǎo)向循環(huán)冷卻（ODWF）[3-4]。結(jié)合緊水灘水力發(fā)電廠1號(hào)主變壓器的實(shí)際情況，冷卻系統(tǒng)采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷的冷卻方式。

對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行定期檢修，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問題，避免造成嚴(yán)重的影響。變壓器運(yùn)行一段時(shí)間后，在維護(hù)保養(yǎng)的過程中發(fā)現(xiàn)冷卻控制系統(tǒng)中的兩路電源自動(dòng)切換回路和直流工作電源回路在設(shè)計(jì)上存在嚴(yán)重的缺陷，會(huì)造成變壓器產(chǎn)生油流帶電的風(fēng)險(xiǎn)，甚至發(fā)生冷卻器全停事故，引起電網(wǎng)系統(tǒng)報(bào)警、跳閘等惡性事件，嚴(yán)重威脅變壓器主設(shè)備乃至電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。

1 工程概況

緊水灘水力發(fā)電廠1號(hào)主變壓器冷卻系統(tǒng)中，提供了兩路交流工作電源，當(dāng)變壓器正常運(yùn)行時(shí)，可以任意選擇一路電源作為主用，當(dāng)某一路電源突然消失時(shí)，將自動(dòng)切換并啟用另一路電源，從而使得冷卻系統(tǒng)能正常工作。由此可見，電源切換回路能保證變壓器的正常運(yùn)行，提升整個(gè)電網(wǎng)系統(tǒng)的安全可靠性。

為保證冷卻系統(tǒng)的自動(dòng)投入回路和交流電源切換回路能正常運(yùn)行，在控制回路中設(shè)置了一路直流工作電源，從而為冷卻系統(tǒng)提供穩(wěn)定的控制電源。冷卻系統(tǒng)的控制元器件及功能如表1所示，交流電源切換回路、直流電源回路、信號(hào)回路的具體接線如圖1所示。

圖1 改進(jìn)前的控制回路

表1 回路控制元器件及功能

當(dāng)Ⅰ路交流工作電源投入時(shí)，KK把手的①②、⑤⑥接通，③④、⑦⑧斷開。變壓器正常運(yùn)行時(shí)，Ⅰ、Ⅱ兩路交流電源均有電壓，電壓繼電器1YJ、2YJ，時(shí)間繼電器1SJ、2SJ動(dòng)作，中間繼電器1ZJ、2ZJ、交流接觸器1C相繼得電開始動(dòng)作，相關(guān)聯(lián)的常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，冷卻系統(tǒng)由Ⅰ路交流電源供電。當(dāng)Ⅰ路交流電源消失時(shí)，電壓繼電器1YJ、時(shí)間繼電器1SJ、中間繼電器1ZJ、交流接觸器1C相繼因失電復(fù)原，此時(shí)，接觸器2C開始動(dòng)作，冷卻系統(tǒng)自動(dòng)切換至Ⅱ路交流電源進(jìn)行供電。

當(dāng)Ⅱ路交流工作電源投入時(shí)，KK把手的設(shè)置與Ⅰ路交流工作電源投入時(shí)的設(shè)置剛好相反，冷卻系統(tǒng)由Ⅱ路交流電源供電，當(dāng)Ⅱ路交流電源消失時(shí)，冷卻系統(tǒng)自動(dòng)切換至Ⅰ路交流電源進(jìn)行供電。根據(jù)以上分析得到，冷卻系統(tǒng)可以由Ⅰ路、Ⅱ路交流電源相互切換進(jìn)行供電。

2 冷卻系統(tǒng)存在的問題

冷卻系統(tǒng)控制回路的作用是能夠維持變壓器在正常的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行工作，保證設(shè)備良好的工況運(yùn)行，避免冷卻系統(tǒng)全停事故的發(fā)生。分析圖1所示的回路，功能近乎完善，不影響設(shè)備的正常運(yùn)行。但是，直流工作電源突然消失后，會(huì)導(dǎo)致中間繼電器1ZJ、2ZJ都因失電復(fù)原，常開觸點(diǎn)斷開，交流接觸器1C、2C同時(shí)失磁，兩路交流工作電源都將同時(shí)失電，冷卻系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，出現(xiàn)全停問題。這會(huì)帶來很多潛在的事故風(fēng)險(xiǎn)，造成不必要的損失。冷卻系統(tǒng)全停后，變壓器就需要減負(fù)荷工作甚至停運(yùn)，因而運(yùn)行和維護(hù)人員必須在最短的時(shí)間內(nèi)查找原因，重新啟動(dòng)冷卻系統(tǒng)。

直流工作電源消失后，中間繼電器ZJ因未得電，始終處于返回狀態(tài)，冷卻系統(tǒng)自動(dòng)投入功能不能實(shí)現(xiàn)。但回路采用的是常閉觸點(diǎn)，直流工作電源失電后該觸點(diǎn)閉合，冷卻系統(tǒng)中的風(fēng)扇不會(huì)對(duì)主設(shè)備產(chǎn)生影響，始終處于運(yùn)行狀態(tài)。以上分析得出冷卻系統(tǒng)控制回路存在的問題：①直流工作電源消失將導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)全停；②沒有直流電源監(jiān)視信號(hào)。

3 冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)

當(dāng)兩路交流電源都失電時(shí)，冷卻系統(tǒng)全停，為了杜絕此類事故的發(fā)生，針對(duì)冷卻系統(tǒng)控制回路存在的缺陷，我們擬采取以下對(duì)策。

3.1 避免直流電源回路對(duì)交流電源切換回路的影響

直流工作電源消失將導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)全停，為了避免直流電源回路對(duì)交流電源切換回路的影響，可以通過降低直流繼電器對(duì)交流電源切換回路的控制來實(shí)現(xiàn)，如果直流繼電器不可避免地控制交流電源切換回路，需采用常閉觸點(diǎn)，當(dāng)直流工作電源突然消失后，也不會(huì)導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)全停。

分析冷卻系統(tǒng)自動(dòng)投入回路，采用的是常閉觸點(diǎn)，可以不考慮它的影響，這一直流回路可以保留，不用去除。交流電源投入控制繼電器1ZJ、2ZJ采用交流型繼電器，分別改接到Ⅰ、Ⅱ段交流電源回路。圖1所示的時(shí)間繼電器1SJ、2SJ起到一個(gè)延時(shí)作用，主用電源失電與備用電源啟用之間有一個(gè)延時(shí)。近些年，新型的冷卻系統(tǒng)控制回路已經(jīng)取消這項(xiàng)功能，可取消1SJ、2SJ兩個(gè)時(shí)間繼電器，不影響回路功能實(shí)現(xiàn)。通過回路分析設(shè)計(jì)，原1SJ、2SJ線圈改接為換型后的交流型繼電器1ZJ、2ZJ線圈，回路其他設(shè)計(jì)保持不變，交流電源自動(dòng)切換功能就可以實(shí)現(xiàn)了。

3.2 增加直流電源監(jiān)視信號(hào)

為了監(jiān)測(cè)直流工作電源信號(hào)，可以增加直流電源監(jiān)視繼電器，從而有效提取檢測(cè)過程中蘊(yùn)含的信息，實(shí)現(xiàn)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)和故障診斷。針對(duì)相關(guān)問題，改進(jìn)后的交流電源切換回路、直流電源回路、信號(hào)回路的具體接線如圖2所示。中間繼電器1ZJ、2ZJ由DC 220V、ZJ2-4型替換為AC 220V、TH4013-0X型，JJ為新增的繼電器，作直流電源監(jiān)視用，采用DC 220V、ZJ2-4型。

圖2 改進(jìn)后的控制回路

根據(jù)圖2所示，直流電源回路中只包含了電源監(jiān)視報(bào)警回路和冷卻系統(tǒng)自動(dòng)投入回路，相比改進(jìn)前的回路，功能更加完善，設(shè)計(jì)回路也更加簡(jiǎn)化。直流工作電源突然消失后，繼電器JJ即可發(fā)出報(bào)警信號(hào)，及時(shí)通知運(yùn)行和維護(hù)人員到場(chǎng)處理；同時(shí)，冷卻系統(tǒng)自動(dòng)投入功能將失效，但不影響冷卻系統(tǒng)的風(fēng)扇繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)?；芈犯倪M(jìn)后，冷卻系統(tǒng)不會(huì)因直流工作電源的消失而停止運(yùn)轉(zhuǎn)，有效避免了冷卻系統(tǒng)全停事故的發(fā)生。

分析改進(jìn)后的交流工作電源自動(dòng)切換回路，以KK把手切在Ⅰ路電源為例。變壓器正常運(yùn)行時(shí)，交流電壓繼電器1YJ、2YJ動(dòng)作，常開觸點(diǎn)閉合，觸發(fā)中間繼電器1ZJ、2ZJ動(dòng)作，常開觸點(diǎn)閉合，常閉觸點(diǎn)斷開，接觸器1C動(dòng)作，2C不動(dòng)作，冷卻系統(tǒng)由Ⅰ路交流電源供電。當(dāng)Ⅰ路交流電源消失時(shí)，1YJ復(fù)原，常開觸點(diǎn)斷開，1ZJ復(fù)原，常開觸點(diǎn)斷開，常閉觸點(diǎn)閉合，接觸器2C動(dòng)作，1C不動(dòng)作，冷卻器自動(dòng)切換到Ⅱ路交流電源。

經(jīng)驗(yàn)證試驗(yàn)，改進(jìn)后的回路較改進(jìn)前的回路有了明顯的提升，直流工作電源消失后，冷卻系統(tǒng)也能正常運(yùn)行，且電源自動(dòng)切換都能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語

提升變壓器冷卻系統(tǒng)的散熱水平十分重要，避免因不良散熱導(dǎo)致全停事故的發(fā)生，對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行定期檢修，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，避免造成嚴(yán)重的影響。本文針對(duì)緊水灘水力發(fā)電廠1號(hào)主變壓器，對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，消除了潛在的重大隱患，實(shí)現(xiàn)變壓器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)和故障診斷，經(jīng)一段時(shí)間試驗(yàn)后，設(shè)備運(yùn)行良好，變壓器油面及繞組溫升滿足運(yùn)行要求，避免了因冷卻系統(tǒng)全停導(dǎo)致油溫過熱而發(fā)生故障甚至破壞，充分證明了該改進(jìn)技術(shù)方案是行之有效的。