特高壓荊門站變壓器冷卻器全停分析及改進措施

張 勇

隨著我國電網的快速發展，超特高壓變壓器的容量也在不斷增加，對于樞紐變電站而言，變壓器是電網的核心設備，其冷卻系統能否正常工作直接關系到變壓器的安全穩定運行及使用壽命。冷卻系統的故障分為機械故障和電氣故障，機械故障包括風扇電機和潛油泵本體的軸承繞組的損壞、風扇葉片的變形等；電氣故障有電源消失、控制回路的元件損壞、接點接觸不良、接觸器線圈燒毀等。接觸器長期通電運行，極易導致接觸器線圈燒毀從而使控制回路短路，造成控制回路的跳閘，這也是變壓器冷卻系統常見故障之一。

1 變壓器冷卻器控制系統

1.1 PLC冷卻器控制系統

傳統的變壓器冷卻器控制系統主要采用繼電器和接觸器方式來實現，導致接線復雜、可靠性低、不便維護。隨著計算機和通信技術的發展，PLC編程簡單、維護方便、運行可靠等優點，其在工業自動控制領域的應用越來越廣泛。PLC應用在變壓器的冷卻器控制系統，取代了傳統的繼電器簡單邏輯控制，簡化了二次回路接線，能夠實現更復雜靈活的控制方式。PLC依據變壓器油面溫度、繞組溫度、負載率進行相應冷卻器組數的投切，其原理如圖1所示。

圖1 PLC冷卻器控制系統

PLC主要由輸入模塊、CPU、輸出模塊組成；當油面或繞組溫度計達到相應的溫度時，POP1的11—14或PW1的21—24接點閉合，CPU按照相應的接點輸入和測得的負荷電流進行邏輯運算，輸出部分接入冷卻器控制回路，實現對冷卻器的控制；K01為油流繼電器的輔助觸點，當冷卻器運行時，油流速度達到設定值，接點11—14閉合；PLC電源作為PLC的工作電源，一般為直流24V，負載電源由負載回路所需的電源提供。

1.2 冷卻器控制回路分析

1000kV荊門特高壓站變壓器采用三相分體結構，冷卻系統采用強迫油循環風冷方式，每相冷卻系統配備八組冷卻器，每組冷卻器包括3臺風機和一臺潛油泵，冷卻器控制回路原理（以#1主變B相第八組冷卻器為例）如圖2所示。

圖2 冷卻器控制回路

由圖2可知，電源Ⅰ、電源Ⅱ來自站用電兩條獨立的 400V母線，經過電源切換回路，作為冷卻器系統主回路和控制回路的電源，電源Ⅰ和電源Ⅱ互為備用電源，電源Ⅰ作為工作電源、電源Ⅱ作為備用電源，當工作電源故障時，自動切至備用電源，工作電源恢復后自動切回工作電源，保證了供電的可靠性；Q6為冷卻器控制回路電源空開，8QB、8QF1、8QF2、8QF3分別為冷卻器主回路的油泵電機電源空開和風機電源空開，13—14接點為相應空開的輔助觸點，S8為自動手動切換把手，正常運行時空開全部合上，S8把手打至自動狀態，S8的7—14接點斷開；PLC輸出使得控制回路導通，接觸器8KMB、8KMF1、8KMF2、8KMF3得電，主回路相應的常開輔助觸點閉合，潛油泵和風機得電運行。

2 事件情況

2.1 事件經過

2017年6月26日，荊門站監控系統后臺報“#1主變B相冷卻器交流控制電源故障”和“#1主變B相冷卻器退出異常告警”信號，現場檢查#1主變B相冷卻器全停，打開#1主變B相冷卻器控制柜發現“Q6冷卻器控制電源”空開跳閘，潛油泵接觸器8KMB冒煙燒壞，運維人員斷開第八組冷卻器主回路空開，合上Q6后，冷卻器恢復正常運行。

2.2 事件分析

如圖1所示，在潛油泵接觸器8KMB線圈短路后，由于8QB空開處于投入狀態，其13、14號輔助點仍處于接通狀態，短路電流流經冷卻器的控制電源空開Q6，導致Q6跳閘，而B相的所有八組冷卻器均作為Q6的負載，Q6空開跳開不能為冷卻器控制回路提供電源，導致B相冷卻器全停。根據電力變壓器運行規程：①冷卻系統故障切除全部冷卻器時，運行持續時間不超過 60min，帶額定負荷運行不允許超過 30min；②在當油溫或繞組溫度報警后，持續運行時間不得超過20min。若運檢人員處理不及時，則容易對變壓器的絕緣造成損害，影響變壓器的使用壽命，對于冷卻器全停投跳閘的變電站，冷卻器全停會導致變壓器跳閘，降低供電的可靠性。

3 改進措施

3.1 PC級ATSE及切換回路原理

ATSE即雙電源自動轉換開關，其作用是將一個或多個負載電路從一路電源轉換至另一路電源，可以實現對重要負載的連續供電，其主要分為兩個級別：PC級和CB級。PC級ATSE：只具備雙電源切換功能，不能夠開斷短路電流；CB級ATSE：既能夠實現雙電源切換，又可開斷短路電流。PC級ATSE可靠性高于CB級ATSE，現PC級ATSE已發展至一體式自動轉換開關，該類開關體積小結構簡單，可實現失壓、欠壓、斷相保護等功能，且產品可靠性高，切換時間短。PC級ATSE切換原理如圖3所示。

圖3 PC級ATSE切換回路原理

由圖3可知，電源Ⅰ作為主電源，電源Ⅱ作為備用電源，正常情況下K1閉合、K2斷開、K3閉合，若電源Ⅰ發生故障或消失，則 PC級 ATSE檢測到A1-N1無電壓，控制器動作使K1斷開、K2閉合，負載由電源Ⅱ供電，實現了對負載的連續供電。若負載短路或者過載導致K3跳閘，則ATSE不進行切換。

3.2 改進回路

第1—7組冷卻器控制回路接線不變，選取第八組冷卻器做為備用冷卻器，將PC級ATSE和熔斷器應用于冷卻器控制回路如圖4所示。

圖4 改進的冷卻器控制回路

由圖 4可知，正常運行時，Q6、K1閉合，冷卻器的投入依據PLC程序采集到的變壓器溫度和負荷進行自動投切。當1—7組冷卻器控制回路的接觸器線圈短路導致Q6跳閘，1—7組冷卻器控制回路電源消失，ATSE檢測到A1-N1無電壓，控制器將使得 K2閉合，非故障冷卻器為第八組冷卻器，此時第八組冷卻器控制回路電源經K2供電，同時Q6的輔助觸點接入PLC輸入模塊，程序判定Q6跳閘，PLC輸出使第八組冷卻器控制回路導通，第八組冷卻器能夠正常運行，避免了Q6跳閘導致全部8組冷卻器控制回路電源失電。正常運行中，若第八組冷卻器控制回路線圈短路，則FU熔斷，此時ATSE不進行電源切換，K2處于斷開狀態，而1—7組冷卻器控制回路不受影響仍能正常工作，此時PLC依據 FU熔斷器的輔助觸點動作，進入相應的子程序實現1—7組冷卻器自動投切。

對于1—7組冷卻器的控制回路，不必在每組控制路里裝設熔斷器和 ATSE，否則使得二次接線復雜，設備成本增加，不便運行維護。裝設熔斷器和PC級ATSE的數量根據變電站正常運行時變壓器需要投入的冷卻器組數而定，由于荊門站正常運行時變壓器負荷較小，每相變壓器運行的冷卻器組數為一臺，因此只需安裝一臺PC級ATSE和熔斷器作為備用冷卻器的電源切換回路（已能滿足實際的需求）。

4 結論

本文將PC級ATSE和熔斷器配合應用于變壓器冷卻器的控制回路，改進回路簡單可靠，當有接觸器線圈燒毀導致冷卻器停止運行時，改進回路能自動切換至備用冷卻器而不會出現冷卻器全停，冷卻器控制回路故障時至少有一組冷卻器仍能正常運行，同時也為運維人員查找處理故障提供了足夠的時間，保證了變壓器的安全穩定運行。

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