某電站主變冷卻器全停事件分析

方坤坤，李世華，杜陳君

(天生橋一級水力發電廠，貴州 黔西南 562400)

0 引言

某電站位于貴州省安龍縣和廣西壯族自治區隆林各族自治縣交界處的珠江流域西江水系紅水河上游的南盤江上，電站總裝機容量為4×300 MW。1998年12月首臺機組投入運行，2000年11月，4臺機組全部投入運行，作為紅水河上級的龍頭電站，在國家“西電東送”中起到重要作用。

該電站主變冷卻器是由西安變壓器廠生產的ZBK41007-89型強迫油循環風冷卻器。根據變壓器的負荷情況(空載、75 %額定負荷及以下，75 %額定負荷以上)、變壓器頂層油溫，使用風冷卻器臺數=(1.5×變壓器75 ℃時總損耗，kW)/(所選單臺風冷卻器額定冷卻容量，kW)。冷卻器在變壓器中起到了冷卻的作用，其能夠有效地降低變壓器的溫度，使變壓器散發的熱能與產生的熱能達到平衡，防止變壓器超溫跳閘。根據DL/T 572—2010《電力變壓器運行規程》，對于強迫油循環風冷和強迫油循環水冷變壓器，在運行中，當冷卻系統發生故障切除全部冷卻器時，變壓器在額定負載下允許運行20 min。當油面溫度尚未達到75 ℃時，允許上升到75 ℃，但冷卻器全停的最長運行時間不得超過1 h。這是因為強油循環冷卻風冷或水冷變壓器冷卻器全停，在負荷和環境溫度不變的情況下，變壓器繞組溫度、油面溫度上升超時運行時，將對變壓器內部絕緣材料造成很大威脅，會加速絕緣老化；如果處理不及時或處理不當，甚至會造成變壓器繞組絕緣擊穿損壞或更大的電網事故。

1 事件經過

2021-08-06T15：14：54上位機報“3 號主變溫度異常”，中控值班員立即查看上位機全廠溫度監視頁面，發現此時3號機主變溫度70.1 ℃，查看工業電視發現3號主變冷卻器全停，一名值班員立即前往現場，一名值班員電話通知值長及檢修相關人員。

現地檢查主變冷卻器控制柜有事件記錄：2021-08-06T14：42：03 K 連接中斷：PLC1，站 2，機架0 (該信息表示觸摸屏與CPU通信中斷)。3號發變組保護無報警信號。值班員手動啟動3號機組5組主變冷卻器，3號主變溫度開始逐漸下降至正常值。

15：20接值長令，開啟2號機組并網進行負荷轉移。15：54 3號機組停穩。

查詢歷史曲線發現：3號主變溫度于14：41由60.7 ℃左右開始爬升，至 15：23 溫度達到 70 ℃，上位機報“3號主變溫度異常”。

2 事件檢查情況

技術人員趕到現場后，至3號機單機室檢查發現3號機發變組保護A屏非電氣量保護裝置DGT801E未收到3號機主變冷卻器全停信號，未見異常。

現地檢查3號機組400 V自用電a段主變冷卻器1號電源4321及自用電b段主變冷卻器2號電源4326均未跳閘，兩路電源均正常供電。

現地檢查主變冷卻器控制柜有事件記錄：2021-08-06T14：42：03 K 連接中斷：PLC1，站 2，機架0 (該信息表示觸摸屏與CPU通信中斷)，3號主變冷卻器控制系統PLC CPU運行(RUN)指示燈未點亮，停止運行(STOP)燈點亮，DO板件所有開出信號燈熄滅，未開出3號主變冷卻器全停信號給發變組保護裝置。

3 事件原因分析

3號主變冷卻器控制系統PLC故障是本次事件的直接原因。主變冷卻器控制系統所有報警信號均由主變冷卻器控制系統PLC開出(均使用常開接點)，3號主變冷卻器控制系統PLC故障后，主變冷卻器停運且報警信號不能正常開出給發變組保護及計算機監控系統，導致該事件的發生。計算機監控系統“3號主變溫度異常”報警信號由3號主變油溫表計直送機組LCU，在本次事件中起到了間接報警作用。

4 技術改造方向

(1) 更換3號主變冷卻器控制系統PLC CPU板件，故障板件返廠檢測。將現場檢查處理情況反饋給設備廠家技術人員，并查閱西門子PLC技術資料，無法準確查明PLC故障原因。

(2) 優化主變冷卻器控制功能。此事件暴露出了原有控制功能不完善的問題，當PLC故障時主變冷卻器應能繼續保持原有狀態運行。盡快開展調研工作，咨詢設備廠家和類似電廠，掌握新的技術控制措施，將PLC開出命令改為脈沖量，增加主變冷卻器運行自保持回路，確保PLC故障時主變冷卻器不會停止運行。

(3) 進一步完善至機組現地控制單元(local contorl unit，LCU)的信號回路。此事件暴露出了原有信號回路設計不完善的問題，如沒有將PLC故障信號上送監控，沒有直接監測主變冷卻器全停的信號回路等。在2021—2022年機組檢修期修改新增信號回路，將主變冷卻器控制系統PLC故障上送監控信號；設計直接監測主變冷卻器全停的信號回路，當PLC故障時也能直接監測冷卻器狀態。

(4) 完善主變冷卻器控制系統GPS對時回路。根據現有設備情況，增加主變冷卻器控制系統GPS對時回路。

5 設備改造措施

在不更換主變冷卻器系統控制柜的前提下，通過升級硬件、新增電氣元器件、現場配線、更新PLC軟件完成此次系統優化工作。主要措施內容如下：

(1) 主變冷卻器控制系統硬件升級，包括新增元器件、Modbus/TCP通信裝置、交換機等。

(2) 主變冷卻器控制柜內部回路優化，包括動力回路、控制回路和報警回路設計優化及現場配線工作。

(3) 主變冷卻器控制系統PLC軟件優化，完善系統相關控制策略、報警策略和信號輸出；實現系統相關信號經Modbus/TCP通信上送監控系統功能；實現系統對時功能。

(4) 系統新增信號電纜、光纜敷設及接入工作。

(5) 系統調試、試驗工作。

6 PLC程序升級

(1) 將PLC故障、停運信號上送監控LCU(通過常閉信號上送，確保PLC停運時也能上送)。按圖紙接線，將原“系統故障”上送信號繼電器K25的常開接點(1，4)改為常閉接點(1，5)；增加PLC停運上送信號，將PLC運行開出繼電器K33的常閉接點(1，5)接入，1接公共端(K29-1)，5上端子XO1-30，電路如圖1所示。

圖1 PLC故障電路(局部)

(2) 增加冷卻器全停硬接線信號上送監控。斷路器合閘位置(擴展繼電器KB1)+5組油泵KM接觸器常閉接點+時間繼電器KT1 (躲過抖動和延時)=冷卻器全停硬接線信號；安裝新增繼電器KB1、時間繼電器KT1，然后按電路圖配線，電路如圖2所示。

圖2 冷卻器故障電路(局部)

(3) 主變冷卻器自動控制回路加自保持，在原有的冷卻器啟動器繼電器K1～K5開出接點(1，4)上分別并接對應冷卻器組的油泵接觸器1KM1～5KM1常開觸點(23，24)；將備用繼電器K34～K38改為5組冷卻器的停止繼電器，將各對應的常閉接點(8，11)接入自動控制回路，按圖紙接線。以3號冷卻器為例，電路如圖3所示。

圖3 主變冷卻器自動控制回路(局部)

(4) PLC流程修改，將原有的啟動冷卻器開出命令改為脈沖開出，同時增加停止冷卻器脈沖開出。

(5) 增加Modbus/TCP通信模塊，將主變冷卻器控制系統所有的DI，DO及故障信號上送，制定相應的通信點表。

(6) PLC實現對時功能。改造后的PLC具備NTP對時接口，可以通過網絡實現NTP對時功能。

7 結束語

主變冷卻器對電站十分重要，它能夠控制主變壓器的溫度，使主變壓器能夠穩定運行，從而讓電站能夠穩定可靠地進行工作。通過對冷卻器控制柜PLC硬件設備的改造及程序升級，使得冷卻器能夠更加安全穩定運行，杜絕與上述事件類似的不安全事件的發生。