一起“主變冷卻器全停”告警異常的分析

盧洪鋒

(金華電業(yè)局，浙江 金華 321000)

2011-07-05，金華電業(yè)局500 kV丹溪變電站在進(jìn)行主變冷卻器的定期倒換工作過(guò)程中，發(fā)生一起“主變冷卻器全停”告警異常。由于異常信號(hào)發(fā)現(xiàn)及時(shí)，運(yùn)行當(dāng)值處理得當(dāng)，有效避免了一起冷卻器全停跳閘事故。

1 異常經(jīng)過(guò)及初步檢查

當(dāng)日15:00，該站當(dāng)值人員按常規(guī)對(duì)主變壓器的主、備冷卻器進(jìn)行倒換操作。倒換過(guò)程中，當(dāng)班值長(zhǎng)在監(jiān)控后臺(tái)發(fā)現(xiàn)如下2個(gè)光字信號(hào)：

(1)“1號(hào)主變風(fēng)扇故障告警”；

(2)“1號(hào)主變冷卻器全停故障告警”。

該現(xiàn)象持續(xù)約1 min不復(fù)歸，當(dāng)班值長(zhǎng)隨即電話詢問(wèn)操作人員切換進(jìn)程及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備運(yùn)行情況，得知1號(hào)主變A相冷卻器切換過(guò)程剛完成，正要對(duì)1號(hào)主變B相冷卻器進(jìn)行切換操作。當(dāng)班值長(zhǎng)隨即下令操作人員停止操作，對(duì)1號(hào)主變A相冷卻器進(jìn)行檢查，結(jié)果如下：

(1)“風(fēng)扇故障”指示燈亮；

(2)“冷卻器全停故障”指示燈亮；

(3)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)正常；

(4)油泵未運(yùn)轉(zhuǎn)；

(5)油溫約 55 ℃。

在風(fēng)扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，出現(xiàn)“冷卻器全停告警”信號(hào)，顯然屬于異常現(xiàn)象。按該站主變冷卻器控制回路的設(shè)計(jì)，冷卻器全停告警信號(hào)出現(xiàn)后，即開(kāi)始30 min計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)結(jié)束，經(jīng)主變油溫接點(diǎn)判定后，跳開(kāi)主變?nèi)齻?cè)斷路器。時(shí)值高溫、高負(fù)荷時(shí)間，1號(hào)主變所帶負(fù)荷為70萬(wàn)kW，相當(dāng)于浙江一個(gè)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)縣的正常負(fù)荷。可以說(shuō)，“1號(hào)主變冷卻器全停故障告警”信號(hào)的出現(xiàn)已經(jīng)嚴(yán)重威脅到了金華電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

鑒于“冷卻器全停故障告警”信號(hào)出現(xiàn)，而油泵尚未運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)班值長(zhǎng)下令將1號(hào)主變A相油泵“手動(dòng)/自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”切至“手動(dòng)”位置，手動(dòng)投入工作油泵，再次檢查冷卻器運(yùn)行情況如下：

(1)“風(fēng)扇故障”指示燈亮；

(2)“冷卻器全停故障”指示燈滅；

(3)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)正常；

(4)油泵運(yùn)轉(zhuǎn)。

考慮到手動(dòng)投入工作油泵后，風(fēng)扇、油泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)，冷卻器全停故障告警信號(hào)也已復(fù)歸，冷卻器全停跳閘威脅解除，當(dāng)值人員心理壓力得到緩解。

為檢查異常發(fā)生的原因，當(dāng)班值長(zhǎng)再次下令將1號(hào)主變A相油泵“手動(dòng)/自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”切至“自動(dòng)”位置，隨即檢查冷卻器運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)異常信息與未操作該切換開(kāi)關(guān)前相同。當(dāng)值人員只好再次將該切換開(kāi)關(guān)切至“手動(dòng)”位置。

梳理1號(hào)主變A相冷卻器運(yùn)行情況，當(dāng)值人員迅速總結(jié)出目前的主要異常為：“1號(hào)主變風(fēng)扇故障”信號(hào)出現(xiàn)；而1號(hào)主變風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

2 異常分析及處理

2.1 冷卻器故障監(jiān)視及全停跳閘回路

主變壓器為常州東芝500 kV分相組式自耦變壓器，采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷方式，冷卻器主要包括風(fēng)扇和油泵。每相的冷卻器包括3臺(tái)油泵和1組(12只)風(fēng)扇，其中1臺(tái)油泵備用。冷卻器的電源從變壓器的總控制柜引接。為監(jiān)視冷卻器的電源情況，除設(shè)計(jì)有總電源監(jiān)視繼電器KJ外，油泵和風(fēng)扇電源接線的出口處還接有電源監(jiān)視繼電器KJ1，KJ2，KJ3，KJ4，如圖1所示。

圖1 冷卻器電源監(jiān)視回路示意

其中，QF01～QF04為對(duì)應(yīng)于冷卻器的空氣開(kāi)關(guān)，KP1～KP3及KF為交流接觸器。風(fēng)扇或?qū)?yīng)的油泵在達(dá)到啟動(dòng)條件時(shí)，對(duì)應(yīng)的交流接觸器勵(lì)磁。此時(shí)若KJ1～KJ4失勵(lì)，則觸發(fā)對(duì)應(yīng)的油泵或風(fēng)扇故障信號(hào)。冷卻器故障告警信號(hào)回路如圖2所示。

圖2 冷卻器故障告警信號(hào)回路

KJ1～KJ4除用于監(jiān)視冷卻器電源電壓、觸發(fā)對(duì)應(yīng)冷卻器故障信號(hào)外，還用于冷卻器全停跳閘回路，其原理如圖3所示。

圖3中，KC1為主變負(fù)荷監(jiān)視繼電器，在主變負(fù)荷達(dá)到冷卻器啟動(dòng)條件時(shí)，該繼電器勵(lì)磁，此時(shí)若冷卻器電源失去(KJ失勵(lì)或KJ1～KJ4同時(shí)失勵(lì))則觸發(fā)冷卻器全停故障告警信號(hào)。一旦判定冷卻器全停，立刻啟動(dòng)時(shí)間繼電器KT5，在計(jì)時(shí)結(jié)束后若主變油溫達(dá)到整定值，即跳開(kāi)主變?nèi)齻?cè)斷路器，以保護(hù)主變壓器不受高溫?fù)p壞。

2.2 風(fēng)扇故障信號(hào)分析

1號(hào)主變A相冷卻器，在風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)正常的情況下出現(xiàn)風(fēng)扇故障的異常信號(hào)，從圖2來(lái)看這是不可能發(fā)生的現(xiàn)象。因此，該站當(dāng)值人員仔細(xì)查看了廠方主變冷卻器控制原理圖發(fā)現(xiàn)，電源監(jiān)視繼電器KJ，KJ1～KJ4被命名為三相保護(hù)繼電器。經(jīng)查證，該繼電器在冷卻器電源電壓過(guò)高(或過(guò)低)時(shí)會(huì)非正常失勵(lì)且自保持，此時(shí)其常閉接點(diǎn)閉合。這種情況下，若冷卻器達(dá)到啟動(dòng)條件而投入運(yùn)轉(zhuǎn)，就會(huì)觸發(fā)對(duì)應(yīng)油泵、風(fēng)扇故障信號(hào)，其目的是防止因電源電壓越限原因損壞冷卻器。

圖3 冷卻器全停跳閘回路示意

根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，當(dāng)值人員迅速檢查了1號(hào)主變A相冷卻器風(fēng)扇電源監(jiān)視繼電器，發(fā)現(xiàn)KJ4繼電器“>>U”燈亮(表明電壓越上限)。當(dāng)班值長(zhǎng)立即下令試?yán)?號(hào)主變A相冷卻器分控箱內(nèi)風(fēng)扇電源空氣開(kāi)關(guān)QF04。當(dāng)重新合上QF04時(shí)，KJ4繼電器恢復(fù)正常，1號(hào)主變A相風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)正常，而“風(fēng)扇故障”異常信號(hào)消失。

2.3 冷卻器全停告警信號(hào)分析

通過(guò)以上分析可知，KJ4繼電器因非正常失勵(lì)，其常閉觸點(diǎn)閉合。

當(dāng)值人員通過(guò)進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，負(fù)荷監(jiān)視繼電器KC1勵(lì)磁，而油泵則未達(dá)到啟動(dòng)條件，沒(méi)有運(yùn)轉(zhuǎn)，其對(duì)應(yīng)的電源監(jiān)視繼電器KJ1～KJ3處于正常失勵(lì)狀態(tài)。

以上條件同時(shí)滿足，所以冷卻器全停告警回路導(dǎo)通，觸發(fā)“冷卻器全停故障告警”信號(hào)。

這時(shí)若將油泵“手動(dòng)/自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”切至“手動(dòng)”位置，手動(dòng)投入工作油泵，則工作油泵對(duì)應(yīng)的監(jiān)視繼電器勵(lì)磁，其常閉觸點(diǎn)打開(kāi)，斷開(kāi)冷卻器全停告警回路，“冷卻器全停故障告警”信號(hào)復(fù)歸。這與異常經(jīng)過(guò)及初步檢查完全吻合。

根據(jù)以上分析，該站當(dāng)值人員再次將1號(hào)主變A相油泵“手動(dòng)/自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”切至“手動(dòng)”位置，此時(shí)“冷卻器全停故障告警”信號(hào)沒(méi)有出現(xiàn)。至此，1號(hào)主變A相冷卻器運(yùn)行恢復(fù)正常。

2.4 電源監(jiān)視繼電器KJ4非正常失勵(lì)原因

通過(guò)前面的分析可以認(rèn)定，本次異常的根本原因在于風(fēng)扇電源監(jiān)視繼電器KJ4非正常失勵(lì)。然而在整個(gè)定期切換過(guò)程中,該站所用電均維持在合格水平,不存在因冷卻器電源電壓越限引發(fā)KJ4繼電器非正常失勵(lì)的可能。那到底是什么原因使得KJ4繼電器非正常失勵(lì)。當(dāng)值人員查看了1號(hào)主變“風(fēng)扇故障告警”信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間，該時(shí)間與定期切換操作過(guò)程中操作風(fēng)扇“手動(dòng)/自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”的時(shí)間接近，當(dāng)值人員懷疑是操作風(fēng)扇“手動(dòng)/自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”的過(guò)程中使得KJ4非正常失勵(lì)。但鑒于1號(hào)主變自2008年11月投產(chǎn)至今，在以往的定期切換過(guò)程中操作該切換開(kāi)關(guān)時(shí)從未出現(xiàn)該現(xiàn)象，所以這一懷疑沒(méi)有太多的合理性，KJ4的本次非正常失勵(lì)應(yīng)該僅僅是個(gè)偶然現(xiàn)象。

次日凌晨，氣溫相對(duì)較低，主變負(fù)荷相對(duì)減少。為消除這一懷疑，當(dāng)值人員決定試操作1號(hào)主變A相風(fēng)扇“手動(dòng)/自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”進(jìn)行驗(yàn)證。在多次操作該切換開(kāi)關(guān)的過(guò)程中，均觸發(fā)監(jiān)控后臺(tái)“1號(hào)主變風(fēng)扇故障告警”信號(hào)，隨即復(fù)歸，然而KJ4繼電器并沒(méi)有出現(xiàn)非正常失勵(lì)現(xiàn)象。這雖然排除了操作風(fēng)扇“手動(dòng)/自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”過(guò)程使得KJ4非正常失勵(lì)的懷疑，卻又帶來(lái)了新的困惑。

2.5 操作風(fēng)扇切換開(kāi)關(guān)出現(xiàn)故障告警的原因分析

瞬發(fā)性的“1號(hào)主變風(fēng)扇故障告警”信號(hào)在該站的日常運(yùn)行工作是一個(gè)經(jīng)常性的誤發(fā)信號(hào)，其原因可歸結(jié)為風(fēng)扇由停轉(zhuǎn)到運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，由于交流接觸器KF的輔助接點(diǎn)與電源監(jiān)視繼電器KJ4的接點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間配合不當(dāng)引起。這類(lèi)現(xiàn)象在電氣二次回路的設(shè)計(jì)上是應(yīng)當(dāng)避免的。但如設(shè)計(jì)不當(dāng)，這種接點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象還是存在的。典型的例子是開(kāi)關(guān)分合閘過(guò)程中出現(xiàn)的瞬發(fā)性控制回路斷線信號(hào)。而在運(yùn)行層面上，這類(lèi)現(xiàn)象較少作為異常情況來(lái)處理。

然而，瞬發(fā)性的“1號(hào)主變風(fēng)扇故障告警”信號(hào)是在風(fēng)扇由停轉(zhuǎn)至運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中才會(huì)出現(xiàn)的。但是本次操作之前，風(fēng)扇已處運(yùn)行狀態(tài)，這與日常運(yùn)行工作中發(fā)生“1號(hào)主變風(fēng)扇故障告警”信號(hào)不同。

為找出本次“1號(hào)主變風(fēng)扇故障告警”信號(hào)出現(xiàn)的原因，當(dāng)值人員結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢查再次通過(guò)圖紙找到了答案。圖4所示為風(fēng)扇啟動(dòng)回路。

圖4 風(fēng)扇啟動(dòng)回路

現(xiàn)場(chǎng)檢查油溫約49 ℃，油溫控制繼電器K4(油溫大于40 ℃時(shí)勵(lì)磁，小于40 ℃時(shí)失勵(lì))勵(lì)磁，繼電器K1(油溫大于50 ℃時(shí)勵(lì)磁、小于50 ℃時(shí)失勵(lì))失勵(lì)，負(fù)荷監(jiān)視繼電器KC1失勵(lì)。可見(jiàn)，試操作1號(hào)主變A相風(fēng)扇“手動(dòng)/自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”前，風(fēng)扇運(yùn)行是由于K1X繼電器自保持所致(自保持作用是需要風(fēng)扇持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)使得油溫降低到40 ℃)。所以，在將該切換開(kāi)關(guān)從“自動(dòng)”切換至“手動(dòng)”位置后，相當(dāng)于手動(dòng)解除了K1X的自保持，若再將該切換開(kāi)關(guān)切換至“自動(dòng)”位置后，風(fēng)扇將停止運(yùn)轉(zhuǎn)。而后將1號(hào)主變風(fēng)扇“手動(dòng)/自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)”切至“手動(dòng)”位置使風(fēng)扇投入運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，瞬發(fā)性的“1號(hào)主變風(fēng)扇故障告警”信號(hào)，就如同日常運(yùn)行中風(fēng)扇自動(dòng)啟動(dòng)時(shí)一樣，因相關(guān)繼電器的輔助觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間配合不當(dāng)，往往成為必然。

3 防范措施

該站本次冷卻器定期切換過(guò)程中，KJ4繼電器不明原因的非正常失勵(lì)，恰好處于當(dāng)時(shí)特定的油溫、負(fù)荷情況下(這種情況下，風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)，油泵不運(yùn)轉(zhuǎn))，因此觸發(fā)了冷卻器全停告警信號(hào)。又由于冷卻器全停告警信號(hào)發(fā)生在高溫、高負(fù)荷的情況下，且發(fā)生在運(yùn)行人員定期切換操作過(guò)程中(該操作過(guò)程中，信息量大，異常信號(hào)的發(fā)現(xiàn)、判別尤為困難)，這給當(dāng)天的運(yùn)行值班工作增添了巨大的風(fēng)險(xiǎn)。所幸當(dāng)天的運(yùn)行人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)了這一異常，并迅速、有效地進(jìn)行了處理，避免了一起潛在的主變跳閘事故。

引起本次冷卻器全停異常的根本原因在于三相保護(hù)繼電器KJ4的非正常失勵(lì)。從運(yùn)行層面看，即使在冷卻器電源電壓越限的情況下，若冷卻器承受不合格電壓而仍處運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)觸發(fā)冷卻器故障信號(hào)，并不合理。何況變電站對(duì)站用電的合格范圍有嚴(yán)格限制，對(duì)站用電越限有完善的自動(dòng)調(diào)節(jié)及監(jiān)視手段，若冷卻器電源電壓越限，監(jiān)控系統(tǒng)會(huì)在第一時(shí)間發(fā)出告警信號(hào)，并予以調(diào)節(jié)。所以，冷卻器的電源監(jiān)視繼電器采用三相保護(hù)繼電器，與采用常規(guī)繼電器相比，實(shí)際意義不大。而此類(lèi)繼電器各種情況下的非正常失勵(lì)帶來(lái)的冷卻器故障及冷卻器全停告警信號(hào)，除給運(yùn)行人員進(jìn)行異常判斷帶來(lái)困擾之外，更有可能威脅主變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。鑒于以上分析，要有效防止這一異常現(xiàn)象的發(fā)生，建議采取如下措施。

(1)針對(duì)KJ4繼電器不明原因的非正常失勵(lì)現(xiàn)象，運(yùn)行單位應(yīng)及時(shí)更換該繼電器。

(2)加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)視，統(tǒng)計(jì)該類(lèi)繼電器誤動(dòng)作的情況，必要時(shí)可考慮將該類(lèi)繼電器更換為常規(guī)的電源監(jiān)視繼電器。

(3)今后選用同類(lèi)型的新變壓器時(shí)，應(yīng)要求供貨商采用可靠性高的電源監(jiān)視繼電器。

(4)對(duì)于由接點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)引起的瞬發(fā)性主變風(fēng)扇故障告警信號(hào)，可采取加裝延時(shí)繼電器等方法予以消除，以免干擾正常監(jiān)控信息。