220kV 變電站強迫油風冷控制系統異常原因分析與改進

羅 宇，朱鐵軍，秦江偉

(1.重慶電力高等專科學校，重慶400053;2.重慶市電力公司南岸供電局，重慶400060)

0 前言

XKPF-1強迫油循環風冷控制箱，用于控制大型變壓器的環冷卻系統，適用冷卻器的型式為YF-80、YF-100、YF-120等三種，其電源為三相交流50Hz，380V。強迫油循環變壓器的冷卻系統應有兩個獨立的工作電源，當工作電源故障時，應自動投入備用電源并發出音響及燈光信號。

強迫油循環變壓器因冷卻系統故障而導致全部冷卻器(油泵和風扇)停運時，允許帶額定負荷運行的時間應遵守制造廠規定。若制造廠無規定，則允許帶額定負荷運行20分鐘。若變壓器上層油溫未達到75℃，則可繼續運行直至上層油溫達到75℃，但切除全部冷卻器后，總的運行時間不得超過1小時。當冷卻器全停時，應及時可靠地發出預告信號。

如果XKPF-1強迫油循環風冷控制系統發生某些情況下的冷卻器全停故障，控制室只發出間斷短時“工作電源故障”信號，甚至不發任何信號，將嚴重影響到監盤的正確性，直接威脅到變壓器的安全運行。

本文將對XKPF-1強迫油循環風冷控制系統在運行過程中出現的特殊故障進行分析，提出解決方案，有利于準確監控冷卻器工作情況，避免出現冷卻器全停而未被及時發現的嚴重隱患，為處理相關故障提供參考、爭取時間。

1 強油風冷變壓器冷卻原理

強迫油循環風冷變壓器容量大，外部有效散熱面積小，但由于冷卻器的潛油泵運轉，強迫變壓器油經散熱器高速循環，將熱量從內部帶出，并用風扇冷卻，所以其散熱效率很高。若冷卻裝置(冷卻風扇和油泵)停止工作，在變壓器外殼散熱面積小的情況下，內部熱量散發減緩。所以，當冷卻器全停時，變壓器不能持續運行，否則將可能導致變壓器因溫度過高而燒毀。

2 兩次故障現象及處理情況

2.1 故障1

值班員在主控制室發現1#主變遠方溫度顯示異常升高，但并無信號發出，現場查看1#主變冷卻器工作在I段工作電源，發現工作狀態下的熱繼電器全部動作，經過檢查并未發現其它問題，將其恢復后，運行正常。

2.2 故障2

值班員在主控室發現2#主變遠方溫度顯示異常升高，但并無信號發出，現場查看2#主變冷卻器工作在I段工作電源，并發現在工作狀態冷卻器的熱繼電器全部動作，冷卻器全停。經檢查，發現380V室I段工作電源A相保險熔斷，更換保險后恢復運行。

3 故障分析

由XKPF-1強迫油循環風冷控制系統原理圖(如圖1)可知，冷卻器的油泵和風扇的電動機，都由二個獨立電源供電，二個電源的工作狀態，由KK轉換開關進行電源選擇，對電源進行選擇之后，1C或2C常開接點閉合使冷卻器電源小母線帶電，通過1KD、1R、熱繼電器常閉接點及1KK開關5、6接點接通1Cb、1Cf兩繼電器，繼電器勵磁，1Cb、1Cf的動閉接點閉合，導通對應的油泵和風扇，從而使冷卻器工作。整個系統包括電源自動控制回路，各冷卻器控制回路及信號回路。

3.1 故障1分析

圖1 工作電源自動控制回路

事后經檢查和現場試驗，發現工作電源自動控制回路(如圖1)1RD保險與保險座之間接觸不良，會導致時斷時連，當1RD斷開時，1C接觸器失磁，其主觸頭斷開。此時冷卻器電源小母線失電(如圖1所示，接觸器1C、2C主觸頭以下的小母線稱為冷卻器電源小母線)，所有在工作位置的電機斷電，同時1YJ線圈斷電，其輔助接點閉合。由于這時1C輔助動斷接點閉合接通2C線圈而勵磁，2C接觸器主觸頭閉合，使II段工作電源接通冷卻器電源小母線，完成電源切換，切換后所有在工作位置的電機重新通電啟動。之后，保險1RD又連通，1YJ線圈勵磁，它的動斷觸點打開，使2C線圈斷電2C接觸器主觸頭打開，從而斷開II段工作電源和冷卻器電源小母線之間的聯接，冷卻器電源小母線失電，所有在工作位置的電機斷電，此時，由于2C輔助動斷觸點閉合，使1C線圈勵磁1C接觸器主觸頭閉合，冷卻器電源小母線重新接通I段工作電源，恢復正常，所有在工作位置的電機重新通電啟動。之后，1RD又一次斷開，重復前面的過程。當頻率達到一定范圍時，就導致1YJ、2YJ頻繁切換，電機頻繁啟動，頻繁通斷電，在冷控箱處能夠清楚的看到1C、2C兩接觸器不斷地交替分合現象。電機在頻繁切換過程中的電流超過熱繼電器的整定值，所以長時間大電流作用在熱繼電器上，經過時間的積累，最終導致熱繼電器1RJb和1RJ1—1RJn相繼動作，其動斷觸點斷開，使1Cb和1Cf線圈失磁，1Cb和1Cf接觸器主觸點斷開，斷開電機，進行保護，最終導致這種特殊情況下的冷卻器全停。

圖2 冷卻器投入和控制回路

接觸不良的保險1RD最終接通回路，冷卻器電源小母線電源最終回到I電源(如圖2所示)。在1RD保險松動、接觸不良過程中，由于1YJ不斷通斷電，勵磁失磁交替出現，所以將發現1#主變I段工作電源故障信號燈亮熄交替出現，當保險與保險座最終接通時，I段工作電源故障信號燈熄滅，發出冷卻器全停信號的判據為1YJ，2YJ，1ZJ同時失磁。此時I、II段工作電源都正常，所以1YJ、2YJ并未失磁，冷卻器全停信號不會發出。

此種情況比較特殊少見，也很難查找，變電站現場發生的故障正遇用電高峰季節，且夏季氣溫過高，冷卻器全部投入工作位置，事故過程中只有短時1#主變I段工作電源故障信號間斷地出現，冷卻器全停后，保險最終接通，就沒有任何信號發出。這種事故的發生將嚴重影響監盤質量，危及變壓器和電網的安全穩定。經過分析，當時監盤人員應該未留意到短暫異常信號，后來觀察到溫度異常，才發現故障。此故障雖然特殊，但是一旦發生，很有可能導致嚴重后果，因為該故障不便于發現。因此該問題也應該從設計上進行根本解決。

3.2 故障2分析

根據圖1、圖2可知，當出現I段工作電源A相保險熔斷時，因為控制電源接于C相，所以控制電源并未消失，此時，1YJ、2YJ仍然勵磁，控制回路狀態不變，電源不會自動切換，冷卻器全停事故和I、II段工作電源故障信號不會發出。由于冷卻器處于斷相運行狀態，三相異步電機無法正常運行，將引起繞組電流過大超過熱繼電器的整定值，參照熱繼電器的脫扣特性，經過相應時間后，熱繼電器1RJb和1RJ1—1RJn相繼動作，其動斷觸點斷開，使1Cb和1Cf線圈失磁，1Cb和1Cf接觸器主觸點斷開，電機停轉，最終導致這種特殊情況下的冷卻器全停。同樣因發出冷卻器全停信號的判據為1YJ，2YJ，1ZJ同時失磁。此時I、II段工作電源C相都正常，所以1YJ、2YJ并未失磁，冷卻器全停信號不會發出。變電站現場發生的另一故障，正遇用電高峰季節，且夏季氣溫過高，冷卻器全部投入工作位置，發生I工作電源A相保險熔斷后，無任何信號發出，值班員可通過觀察溫度異常而發現問題，否則就有可能發生變壓器被迫停運，甚至變壓器燒毀的嚴重事故。

4 設備改進方案

因為上面兩種缺陷都是由于熱繼電器動作而使冷卻器全停，應該可以一起進行解決，解決方案如圖3、圖4所示。圖3中，在冷卻器電源小母線上加入了斷相缺相失壓繼電器KV，同時在圖4的信號回路加入一個冷卻器電源小母線缺相失電監視回路。該信號回路可以在電源缺相和失壓后發出信號并保持。當冷卻器電源小母線缺相或失壓時，繼電器KV失磁，KV動斷觸點閉合接通XJ信號繼電器，XJ線圈勵磁，XJ觸點閉合，冷卻器電源小母線缺相失壓報警信號發出。這里XJ信號繼電器使用的是DX-31/220V型號，該繼電器具有機械閉鎖功能，當XJ觸點閉合后，如未人工恢復，觸點將保持閉合，冷卻器電源小母線失電報警燈將長亮。所以一旦指示燈亮，值班員應該到現場確認冷卻器工作狀態，因為XJ信號繼電器設置在主變現場，確認狀態后，進行信號復歸。在停用變壓器或倒換電源時，可以通過3K開關退出監控系統，避免發出不必要的信號。

圖3 工作電源自動控制回路改造

圖4 信號回路改造

5 設備改進效果

通過簡單的改造，很低的成本，可以使該類故障清楚地反映在主控室的監控屏上，報警燈會一直點亮，直到值班人員發現。值班人員發現信號后，可以及時對冷卻系統進行檢查，發現問題并及時處理。正好彌補了設備本身的設計缺陷。添加系統可以根據需要進行投退，不影響設備原有的功能。避免因信號不明顯或無信號，未發現冷卻器全停而引發的重大事故，延誤冷卻系統的處理時間，威脅電網設備的安全穩定運行。

6 結束語

變壓器是變電站重要設備，強迫油循環變壓器冷卻系統對變壓器的正常安全運行至關重要。為確保對冷卻系統運作的實時監控，必須加強值班運行人員業務素質培養，不僅能從信號指示判斷，還能根據變壓器遠方溫度進行判別。同時，對設備還應提高信息采集量和準確度，對設備改進，使其更加滿足生產現場的實際需求，提高監盤人員采集信息的準確度和可靠性。