海南核電主變風冷控制回路改進

馮吉 龍笑

【摘?要】電力變壓器的可靠性對一個發電廠的安全運行起著至關重要的作用，對電力系統的穩定運行有著十分重要的意義。變壓器的風冷系統是保障變壓器在一個安全的溫度范圍內工作的輔助系統，根據變壓器溫度與壽命的8℃定則，繞組溫度每升高8℃，變壓器的使用壽命就縮短一半，如風冷系統停運則會造成變壓器溫度升高，絕緣老化加速、機組停運、甚至變壓器本身燒毀等事故，威脅到電網的安全穩定性。海南核電的主變壓器風冷控制系統曾頻繁出現由于環境溫度過高，造成熱磁斷路器在正常運行狀態下跳開，相對應的風機停運，冷卻器故障報警并投運備用冷卻器的情況，對主變壓器的穩定運行造成了極大的風險，本文講述了通過對海南核電主變壓器風冷控制回路及風冷控制箱的改進，降低了主變風冷系統的故障率，增強了其運行的可靠性。

【關鍵詞】變壓器;風冷系統;熱磁斷路器

1.前言

我廠的主變壓器由特變電工衡陽變壓器廠生產的單相變壓器，其型號為DFP-260000/220，冷卻方式為強迫油循環風冷。每臺主變的風冷系統有四組，每組由三個風機和一個油泵組成。

主變風冷控制回路的邏輯由PLC模塊控制，內置的邏輯為變壓器正常運行時投運兩組冷卻器，另外兩組一組輔助，一組備用，每隔15天切換一次運行冷卻器。當出現高溫信號或過負荷信號時投運輔助冷卻器，高溫信號或過負荷信號消失，輔助冷卻器停止運行;當運行冷卻器出現故障時投運備用冷卻器。另外有四個變頻器分別在不同工況溫度下控制風機轉速。

全部冷卻器因故障或其他情況退出運行后，當油面溫度尚未達到75℃時，60min后，發出風冷全停跳閘信號，如油面溫度達到75℃，20min后，發出風冷全停跳閘信號。

2.風冷故障情況分析

海南核電主變壓器投運以來多次出現風冷故障報警的情況，現場核查情況為故障報警所對應的一組冷卻器中有風機停止轉動，根據PLC邏輯啟動備用冷卻器;風冷控制箱內對應停轉風機的開關跳開，開關為ABB生產的熱磁式斷路器，熱磁式斷路器的工作原理是過載或電流增大時，發熱元件使雙金屬片彎曲，通過傳動機構斷開斷路器，其特點是不受電壓波動影響，壽命長，可靠性相對較高，但動作值誤差比較大，受環境影響較大。

可能造成此現象的可能性有以下幾種：

（1）風機出現卡塞，造成電流增大。每次出現故障時未發現故障風機出現卡塞等情況，且重新閉合斷路器后，故障停止風機可正常運行。此種可能性排除。

（2）風機內部絕緣問題，造成運行電流增大。對所有風機的工作電流用鉗表進行測量，測量結果均在額定值4A左右，且很穩定;測量風機絕緣電阻也在正常的范圍呢。此種可能性排除。

（3）熱磁斷路器整定值過小。風機正常運行的額定電流為3.9A，按標準整定范圍應在0.9～1.1倍額定電流的范圍內，所有風機均按最大整定電流值進行調整后，熱磁斷路器正常情況下跳開的情況還是時常出現。故此不是根本原因所在。

（3）環境溫度高，造成熱磁斷路器動作。經觀察，出現熱磁斷路器動作的時間大多出現在5月份到7月份，且以中午、下午時刻為主，由于海南地處亞熱帶氣候地區，日曬強烈，環境溫度長期維持在40℃左右，再加上風冷控制箱內部有一臺380V變220V控制變壓器和4臺變頻器，工作時散發大量熱量，使用點溫儀對主變風冷控制箱內溫度進行測量，最高點溫度甚至接近70℃。所以可以基本判定，此故障的根本原因是由于熱磁斷路器工作環境溫度過高影響所致。

3.采取的改進措施

經過與變壓器廠家的溝通，以降低控制箱內溫度為目的，并確保熱磁斷路器能有效的保證風機運行的可靠性，進行了多種改進方案的討論，最終決定對主變冷卻器控制箱及控制回路進行如下幾點改進：

（1）取消變頻器的使用。變頻器對主變冷卻起到的調節作用不大，可以直接跨過變頻器讓風機始終在工頻狀態下運行;變頻器本身是一個故障率很高的設備，對于主變壓器這種電廠的重要設備的運行穩定性及可靠性會造成很大影響。

（2）增強控制箱內散熱能力。風冷控制箱頂部有4個風量300cfm的風扇，由溫濕度控制器控制，在控制箱內溫度超過45℃時，自動啟動4個風扇，起到降溫的作用，現將4個風量300cfm改為4個風量800cfm的風扇，排風效果增強了近兩倍，可以有效的降低設備環境溫度。

（3）控制箱內主要的發熱源是BK-4000VA控制變壓器，切控制變壓器的空間布置離風機的熱磁斷路器距離過近，不僅增加了熱磁斷路器周邊的溫度，還對操作人員的人身安全有很大的威脅。于是方案決定去掉控制變壓器，將控制箱內的元件間距作適當調整。同時對電源進線更改，將原本為三相三線制的AC380V控制箱總電源改為三相四線制的AC380電源接至主變

三相匯控箱，再采用（3×50+1×25）電力電纜ZR-VVR22-1kV將電源從三相匯控箱引至各相主變控制箱，在端子排上增加N1、N2兩個中性點節點，這樣原本由控制變壓器變壓得到的220V控制電壓在改進電源后可由從電源的相電壓直接取得。

主變風冷控制箱及控制回路改進后，其內部的溫度得到了大幅下降，用點溫儀測得的最高點溫度僅為56℃，熱磁斷路器在正常情況下跳開的情況再也沒有出現過，從而證明之前對故障原因的判斷是準確的，改進方式是有效的。

4.其他解決方案的可行性分析

就我廠出現的這類問題，在其他電廠也有出現，但不同環境、不同條件下采取的解決辦法也不同，經與其他電廠專業人員溝通了解，并對其解決方案進行了可行性分析。

（1）風冷控制箱增加空調

風冷控制箱內增加空調是最直接有效的降低控制箱內溫度的辦法，針對此方案，有一個很重要的問題，如果加裝了空調，控制箱內的溫度會大幅度的下降，如上文所述，熱磁斷路器內的雙金屬片在溫度達到跳開限值時，由于空調的降溫作用，無法彎曲至跳開斷路器的位置，即躲過了其整定值。出現這種情況，當風機出現卡死等類似故障時，熱磁斷路器無法可靠地保護風機，可能會造成風機燒毀甚至更嚴重的事故。

（2）根據環境溫度更改熱磁斷路器整定值

由于熱磁式斷路器受環境溫度影響較大，故其額定電流取決于給定的環境溫度，安裝在封閉式金屬外殼配電箱內的斷路器，由于散熱產生的相互溫度影響，當帶上正常負荷時，斷路器的整定電流應乘以一個由溫度環境決定的對應系數，如圖三所示。如額定電流為4A時，熱磁斷路器在環境溫度為60℃時，應設置整定溫度為4*4/3.52=4.5A。此種辦法雖能有效的解決此類問題，但是需要根據環境溫度不斷的調整熱磁斷路器的整定值，給日常的工作增加了一定負擔，也會一定程度上降低斷路器的使用壽命。

參照上述兩種解決方案，可以進行結合處理，即在加裝空調后，使控制箱內溫度趨于穩定，然后同時根據穩定的溫度范圍，選擇合適的整定電流值，這樣就能合理的解決兩種方式所存在的弊端。

5.結束語

本文通過講述對海南核電主變風冷控制回路的改進，有效的降低了冷卻系統的故障率，使其可以可靠地維持變壓器工作在一個安全的溫度范圍內，確保了我廠主變的安全穩定運行。很多電廠、變電站等遇到過類似的問題，因客觀條件不同，采取的方法也有區別，如加裝空調、調高斷路器整定值等，但是有一個很重要的前提條件，不能讓風機躲過了熱磁斷路器的保護范圍，這樣一旦當風機出現卡死等故障時斷路器無法對其提供有效的保護，可能會造成更加嚴重的后果，希望文中的改進方式對大家有所幫助。

參考文獻：

[1]于用站，低壓塑殼式斷路器熱磁脫扣特性研究，2012，3：26-30

（作者單位：海南核電有限公司）