變壓器冷卻器電源自動切換回路分析與改進

摘 要：本文對目前現場常用的變壓器冷卻器電源自動切換回路的工作原理進行分析，并通過一個事故案例引出現有回路存在的缺陷，該缺陷嚴重影響變壓器的安全運行，作者針對缺陷提出改進意見，并對改進進行分析，證明改進行之有效。

關鍵詞：冷卻系統 自動切換 改進

中圖分類號：TM403 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）02（b）-0137-02

冷卻系統是電力變壓器的重要組成部分。它的作用是將變壓器空載和負載時產生的熱量傳遞出去，保證變壓器良好的工作狀態，保證額定輸出功率，保證變壓器內部各元件和變壓器油絕緣性能良好，從而達到延長變壓器使用壽命的目的。

1 常用回路分析

1.1 接線方式一

（1）如圖1所示，變壓器投入電網之前，先將SA開關手柄置于I工作II備用，或者II工作I備用位置。

（2）當變壓器投入電網時，1KM常閉觸點接通；1KV1、2KV1帶電，常開觸點接通，起動1KV、2KV使常閉觸點斷開；假定SA開關手柄在I位，則SA1-2接通起動1KL接觸器，1KL主觸頭閉合由工作電源（I）供電。2KL線圈回路被1KL常閉觸點斷開（閉鎖了）。

（3）當工作電源（I）由于某種原因停電，1KL線圈斷電，1KL主觸頭斷開工作電源（I），1KL常閉觸點接通，1KV斷電常閉觸點接通，再經SA5-6觸點動作2KL接觸器，2KL主觸頭閉合由工作電源（II）供電。

（4）假如工作電源（I）恢復供電時，1KV1動作起動，1KV動作，1KV常閉觸點斷開使2KL斷電，2KL的主觸頭斷開工作電源（II），2KL常閉觸點起動1KL，1KL的主觸頭閉合由工作電源（I）供電。

1.2 接線方式二

（1）如圖2所示，變壓器投入電網之前，先將SA開關手柄置于I工作II備用（3、4觸點和5、6觸點接通），或者II工作I備用位置（1、2觸點和7、8觸點接通）。

（2）當變壓器投入電網時，I、II路工作電源三相電壓正常，接于星形接線電容器中性點的1YJ、2YJ處于失磁狀態，常閉觸點接通；1ZJ、1ZJ帶電，常開觸點閉合、常閉觸點打開；假定SA開關手柄在I位，則SA3-4接通起動1JC接觸器，1JC主觸頭閉合由工作電源（I）供電。2JC線圈回路被1ZJ常閉觸點斷開處于失磁狀態。

（3）當工作電源（I）由于某種原因停電（三相均失電）、工作電源（Ⅱ）正常時，1ZJ、1JC線圈斷電，1JC主觸頭斷開工作電源（I），1JC常閉觸點接通，1ZJ斷電常閉觸點接通，再經SA5-6觸點動作2JC接觸器，2JC主觸頭閉合由工作電源（II）供電。

1.3 接線方式三

（1）如圖3所示，變壓器投入電網之前，先將S1開關手柄置于I工作II備用（1、2觸點和5、6觸點接通），或者II工作I備用位置（3、4觸點和7、8觸點接通）。

（2）當變壓器投入電網時，I、II路工作電源三相電壓正常，斷相及相序保護繼電器PHR1、PHR2觸電閉合；KT1、KT2繼電器勵磁，常閉觸點打開；假定S1開關手柄在I位，則1-2觸點接通起動K1接觸器，K1主觸頭閉合由工作電源（I）供電。K2線圈回路被KT1常閉觸點斷開處于失磁狀態。

（3）當工作電源（I）由于某種原因停電（三相均失電），K1主觸頭斷開工作電源（I），K1常閉觸點接通，KT1線圈斷電常閉觸點接通，再經5-6觸點動作K2接觸器，K2主觸頭閉合由工作電源（II）供電。

（4）當工作電源（I）由于某種原因停電（一相或兩相失電），斷相及相序保護繼電器PHR1觸點打開，斷開K1線圈回路，K1主觸頭斷開工作電源（I），K1常閉觸點接通，KT1繼電器失磁，常閉觸點接通，再經5-6觸點動作K2接觸器，K2主觸頭閉合由工作電源（II）供電。

（5）假如工作電源（I）恢復供電時，繼電器PHR1觸點閉合，KT1繼電器勵磁，常閉觸點斷開使K2線圈回路斷開，K2的主觸頭斷開工作電源（II），K2常閉觸點起動K1，K1的主觸頭閉合由工作電源（I）供電。

1.4 各種接線方式比較

通過分析可知，上述三種接線方式都能夠實現工作電源故障時的自動切換，且對工作電源的故障判斷包含各種形式，即包括三相同時失電的故障，又包括電源缺相的故障類型，都達到了保證冷卻器正常運行的目的。但是，比較起來，第一種接線形式采用分立元件，通過將電壓監視繼電器和切換控制回路分別接于不同相，來實現對各種缺相故障的判斷，接線相對復雜；第二種接線采用類似“零序”接線形式，使電源缺相的故障判斷回路獨立出來，接線相對于第一種簡單，但也采用分立元件，存在工作不可靠的現象。在進行電源缺相判斷時，該回路要滿足兩點：一是三相電容容量偏差符合要求（中性點偏移電壓要小）；二是中性點電壓繼電器動作電壓要符合要求（要躲過不平衡電壓），在現場使用中曾經出現電壓繼電器誤動作，將完好的工作電源切除的異常。第三種接線，采用集成元件，工作可靠性大大提高，而且接線簡單，應該是將來控制回路設計發展的趨勢。

2 故障案例分析

2.1 事故現象及處理經過

某220 kV變電站，主變為沈陽變壓器廠生產SFPSZ-180000型三繞組變壓器，配備六組冷卻器，每組冷卻器由兩臺風機和一臺油泵構成，冷卻器自動控制回路中工作電源自動切換回路類似接線一形式。該站為無人值班變電站，位于市區中心，設備由市區調控中心統一監控，運行工作由操作隊負責，操作隊駐地距該站5 km。某日，調控中心值班員監控發現該站#1主變“工作冷卻器故障”和“備用冷卻器故障”信號先后顯示，調控中心通知操作隊前往現場查看。20 min后，操作隊到達現場，檢查發現#1主變油泵及風機均已全部停止，而備用電源沒有自動切換，當時氣溫16 ℃，天氣小雨，運行人員到達時主變上層油溫也已達到68 ℃。運行人員首先檢查冷卻器兩路電源是否正常，經測試ⅠⅡ路交流電源三相正常，切換裝置未動作屬于正常；進一步檢查發現油泵及風機熱繼電器均動作，熱繼電器動作說明風機及油泵存在過載現象，六組同時動作，懷疑電源存在缺相故障，鑒于供電電源正常，運行人員重點測量1KL（見圖1）主接觸器負荷側三相電壓情況，結果發現缺少B相電源，仔細觀察發現1KL（見圖1）負荷側B相觸頭因過熱燒斷。

2.2 事故原因及后果分析

在上面的案例中，電源自動切換回路沒有動作，是導致冷卻器全停的根本原因。通過本文第一部分的分析我們不難發現，以主電源接觸器（圖1為1KL、2KL；圖2為1JC、2JC；圖3為KT1，KT2）為分界，對工作電源是否存在故障的判斷回路均設計在主接觸器的電源側，而事故中故障出現在主接觸器的負荷側，因此，切換回路不動是正確的。但是，這種設計缺陷存在很大隱患。一是近些年來，國網公司系統改革不斷推進，運行管理體制也發生了很大的變化，220 kV及以下變電站普遍采取無人值班方式，也就是說，在變電站設備出現異常時，運行人員需要一定時間才能趕到現場進行處理。根據變壓器運行規程規定：“強有風冷變壓器當發生冷卻器全停故障時，在額定負荷下允許運行20 min，如上層油溫未達到75 ℃，允許達到75 ℃，但總時間不得超過1小時”。

2.3 回路改進措施

從上面的分析可知，電源自動切換回路的設計，在變電站有人值班方式下不存在問題，因為運行人員可以在短時間內到現場進行處理。但是在無人值班方式下，設計上的缺陷是有可能造成重大設備事故的。因此，對現有的電源自動切換回路應進行改進。總體的思路就是在主接觸器的負荷側也加裝電源監視、卻換回路，保證在主接觸器電源側和負荷側發生供電故障時，切換回路均能夠動作，切除故障電源投入完好電源。在實際使用的冷卻器控制箱中，兩個主接觸器負荷側并接于380 V小母線上，由小母線引出電源為各組冷卻器供電，因此主接觸器負荷側電源監視，可在小母線上取電壓進行監視，回路設計可參考前文提到的三種接線。

3 結語

冷卻器控制回路正常工作，是變壓器安全運行的重要保證。運行人員應認真學習和分析控制回路的原理和工作過程，保證在出現異常情況時，能夠準確的找出問題根源、及時消除故障，從而保證設備的正常運行。同時，廠家的設計也不一定盡善盡美，我們應結合現場工作中遇到的事故案例，對有關接線提出改進意見，這樣才能更有效地保證設備的安全運行。

參考文獻

[1]張全元.變電運行現場技術問答[M].北京：中國電力出版社，2007.