陸云峰

上海上電漕涇發(fā)電有限公司

0 引言

目前，大型變壓器的冷卻一般采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷方式，上海漕涇電廠2×1 000 MW機(jī)組的主變也不例外，其冷卻器控制柜具備了冷卻器雙電源自動切換回路、輔助及備用冷卻器自動啟動回路、冷卻器全停保護(hù)回路，以及冷卻器故障報警等回路。但在實(shí)際運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)該主變冷卻器二次回路仍有一系列問題，在安全可靠性方面存在隱患，故需采取有效改進(jìn)和完善措施使上述問題得以解決，同時為使主變冷卻器能經(jīng)濟(jì)節(jié)能運(yùn)行，應(yīng)對其運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

1 從運(yùn)行中發(fā)生的典型事例引入分析

某年3月14日18:00，當(dāng)時2號機(jī)組負(fù)荷996 MW，運(yùn)行監(jiān)盤人員抄表時發(fā)現(xiàn)2號主變B相線圈溫度105℃及油溫76℃左右，有明顯上升現(xiàn)象且均已超過報警值，2號機(jī)組非電量保護(hù)畫面中2號主變線圈溫度高及油溫高均發(fā)出報警。當(dāng)即派巡檢人員赴就地檢查，發(fā)現(xiàn)2號主變B相四組冷卻風(fēng)扇全部停止工作，冷卻器就地控制柜內(nèi)交流控制電源小開關(guān)QM1處于跳閘狀態(tài)，由此造成四組風(fēng)扇的控制電源均失電。

經(jīng)檢查，引起交流控制電源小開關(guān)QM1跳閘原因?yàn)榈诙M風(fēng)扇電纜小線有接地短路現(xiàn)象。18:25運(yùn)行人員切除故障回路風(fēng)扇后將QM1小開關(guān)重新合閘，迅速恢復(fù)其它風(fēng)扇的正常工作狀態(tài)。檢修人員對故障風(fēng)扇回路進(jìn)行檢查處理。

針對上述發(fā)生的主變冷卻器回路故障情況，電氣專業(yè)人員立刻展開分析，通過對變壓器冷卻器控制回路圖紙仔細(xì)查看及現(xiàn)場控制箱內(nèi)電氣設(shè)備接線的核對，發(fā)現(xiàn)存在冷卻器全停保護(hù)在條件滿足時（油溫75℃且運(yùn)行時間達(dá)20 min）未能動作以及DCS畫面缺少控制電源失電報警信號等一系列問題。

2 冷卻器全停保護(hù)作用及其回路分析與改進(jìn)

2.1 冷卻器全停保護(hù)作用及其規(guī)定

目前，隨著變壓器容量不斷增大，保護(hù)變壓器的安全運(yùn)行就顯得愈加重要。大型變壓器的冷卻一般采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷方式，以加強(qiáng)散熱，并且采用冷卻器全停保護(hù)動作啟動跳閘，使變壓器不發(fā)生過熱損害，防止由于溫度過高加快絕緣老化及絕緣油的劣化，從而影響變壓器使用壽命。上海漕涇電廠的1、2號主變也不例外，均由三臺保定天威生產(chǎn)的單相強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷無載調(diào)壓低損耗變壓器組成，每臺單相主變的額定容量為380 MVA，三相總?cè)萘窟_(dá)到1 140 MVA，故冷卻器全停保護(hù)作為主變的非電量保護(hù)有著重要的作用及意義。

依據(jù)DL/T572-2010《電力變壓器運(yùn)行規(guī)程》規(guī)定，強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷方式的變壓器在運(yùn)行中，當(dāng)冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障切除全部冷卻器時，在額定負(fù)載下允許運(yùn)行時間不小于20 min。當(dāng)油面溫度尚未達(dá)到75℃時，允許上升到75℃，但冷卻器全停的最長運(yùn)行時間不得超過1 h。

2.2 冷卻器全停保護(hù)回路分析

冷卻器控制柜采用保定天威卓創(chuàng)電工設(shè)備科技有限公司生產(chǎn)的XKWFP-35/4型產(chǎn)品，由兩路交流380 V電源供電。正常運(yùn)行方式下，電源Ⅰ/電源Ⅱ切換開關(guān)SAM1切至電源Ⅰ位置，即電源Ⅰ作為工作電源，電源Ⅱ作為備用電源，并且雙電源能夠?qū)嵭凶詣忧袚Q，即當(dāng)工作電源故障時，能自動切換至備用電源供電，而當(dāng)工作電源恢復(fù)后，又能自動切回到正常工作電源供電。KMM1與KMM2分別為電源Ⅰ及電源Ⅱ的交流接觸器，如圖1所示。

在兩路交流接觸器均失電斷開狀態(tài)時，KMM1與KMM2的常閉副接點(diǎn)串聯(lián)，一方面啟動“冷卻器全停延時跳閘”報警發(fā)信回路，如圖2所示。另一方面在該常閉副接點(diǎn)串聯(lián)回路后又再串聯(lián)了KT6及KT7時間繼電器的并聯(lián)回路，一旦接通，同時啟動如下兩個回路：KT6延時20 min閉合，并且當(dāng)油面溫度達(dá)到75℃時，經(jīng)冷卻器全停保護(hù)切換開關(guān)SAM3的“投入”位置接點(diǎn)1、2啟動保護(hù)動作出口中間繼電器K11，K11常開接點(diǎn)閉合后接通變壓器非電量保護(hù)屏中的冷卻器全停保護(hù)跳閘回路；KT7延時60 min閉合，也經(jīng)冷卻器全停保護(hù)切換開關(guān)SAM3的“投入”位置接點(diǎn)1、2啟動保護(hù)動作出口中間繼電器K11，同樣在K11常開接點(diǎn)閉合后接通變壓器非電量保護(hù)屏中的冷卻器全停保護(hù)跳閘回路，如圖3所示。

圖3 冷卻器全停延時跳閘回路

由以上二次回路分析后得知，在3月14日冷卻器全停的事例中，由于冷卻器控制柜兩路交流進(jìn)線電源并未失去，故該控制回路不發(fā)“冷卻器全停延時跳閘”報警信號及未啟動保護(hù)跳閘應(yīng)屬正常。但是，通過此現(xiàn)象，該控制回路存在的問題也完全暴露出來。盡管兩路交流進(jìn)線電源未失去，但因交流控制電源小開關(guān)QM1故障跳閘，導(dǎo)致了整個冷卻器控制回路失電，最終結(jié)果還是造成了冷卻器全停的發(fā)生，這時理應(yīng)啟動冷卻器全停保護(hù)回路，在動作條件滿足后使主變跳閘，以保護(hù)變壓器不致過熱損害。

同時，經(jīng)現(xiàn)場查看，發(fā)現(xiàn)保護(hù)動作出口中間繼電器K11布置在冷卻器控制柜的背面柜內(nèi)最上層一排右側(cè)，采用西門子產(chǎn)品，型號為3TH42。在未通電狀態(tài)時，該繼電器接點(diǎn)聯(lián)動滑塊向外彈出，凸出繼電器裝置表面，而在通電狀態(tài)時向內(nèi)吸持。因控制柜內(nèi)結(jié)構(gòu)緊湊，空間較小，運(yùn)行或檢修人員現(xiàn)場檢查或維護(hù)時，易發(fā)生誤碰K11向外凸出的接點(diǎn)聯(lián)動滑塊，使K11常開接點(diǎn)人為造成閉合，故存在觸發(fā)冷卻器全停保護(hù)動作的隱患。

2.3 冷卻器全停保護(hù)控制回路的改進(jìn)

根據(jù)以上問題分析，對冷卻器全停保護(hù)控制回路采取如下改進(jìn)措施：

增加第一組至第四組冷卻器的交流接觸器KM1～KM4的常閉副接點(diǎn)并構(gòu)成串聯(lián)回路，將此回路與原KMM1與KMM2常閉副接點(diǎn)串聯(lián)回路進(jìn)行并聯(lián)。正常運(yùn)行時，只要有一組冷卻器處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，該回路就斷開，而一旦發(fā)生四組冷卻器均停止運(yùn)行（由于冷卻器本身故障或交流控制電源小開關(guān)QM1故障跳閘引起），也能啟動冷卻器全停保護(hù)回路。

同時，為增加K11保護(hù)動作出口中間繼電器的安全可靠，防止人員誤碰引起誤動作，決定增加一個中間繼電器K11-1（型號同K11），與原K11繼電器進(jìn)行并聯(lián)，使二者能同時啟動。在原K11保護(hù)動作常開接點(diǎn)后再增加串聯(lián)了K11-1常開副接點(diǎn)。因此，只有當(dāng)K11與K11-1兩副常開接點(diǎn)均動作閉合，才能啟動冷卻器全停保護(hù)跳閘回路并發(fā)出相應(yīng)跳閘信號，從而確保了保護(hù)動作的可靠性、安全性。

以上控制回路的改進(jìn)如圖4所示。

3 冷卻器系統(tǒng)報警信號回路的分析及改進(jìn)

3.1 冷卻器系統(tǒng)報警信號內(nèi)容

1）輔助冷卻器投入：當(dāng)主變壓器頂層油溫達(dá)到60℃；或者主變高壓側(cè)負(fù)荷電流達(dá)到額定電流的70%（約880 A）時，輔助冷卻器自動投入。

2）備用冷卻器投入：當(dāng)工作及輔助冷卻器發(fā)生故障時，備用冷卻器自動投入。

3）備用冷卻器投入后故障：當(dāng)備用冷卻器投入運(yùn)行后又出現(xiàn)故障停運(yùn)。

4）加熱及交直流控制電源監(jiān)視：冷卻器柜內(nèi)加熱回路電源或交直流控制電源小開關(guān)跳閘時報警。

5）電源Ⅰ故障：當(dāng)電源Ⅰ失電或交流接觸器KMM1故障斷開時報警。

6）電源Ⅱ故障：當(dāng)電源Ⅱ失電或交流接觸器KMM2故障斷開時報警。

7）冷卻器全停延時跳閘：兩路交流進(jìn)線電源失去使交流接觸器均斷開時報警。

圖4 改進(jìn)后的冷卻器全停保護(hù)跳閘回路圖

3.2 冷卻器系統(tǒng)報警信號回路的分析及存在的問題

如上所述，由于“冷卻器全停延時跳閘”報警信號只通過兩路交流接觸器KMM1和KMM2的常閉接點(diǎn)串聯(lián)后觸發(fā)，當(dāng)發(fā)生冷卻器因本身故障全部停運(yùn)，將不會發(fā)出該報警信號，顯然存在不足之處，故需同時對此信號報警回路進(jìn)行改進(jìn)。

此外，反映上述報警信號內(nèi)容主要通過就地控制柜內(nèi)光字牌及DCS畫面上報警信號顯示兩種形式。一旦發(fā)生上述第1～第6條報警，在主變冷卻器就地控制柜內(nèi)正面屏上都能通過光字牌顯示出來，便于運(yùn)行人員在巡回檢查時能及時發(fā)現(xiàn)冷卻器回路故障及異常情況。但遠(yuǎn)傳至集控室DCS報警畫面上的只有“冷卻器全停延時跳閘”報警信號，而其它冷卻器回路故障信號均無顯示。經(jīng)現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)冷卻器柜內(nèi)各報警信號雖已遠(yuǎn)傳至DCS接口端子，但并未將這些信號I/O點(diǎn)接入，完成報警畫面的組態(tài)。這就不利于運(yùn)行監(jiān)盤人員及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷，以及對異常情況的全面分析、處理。

3月14日發(fā)生的事例中，導(dǎo)致冷卻風(fēng)扇全停的首出原因是冷卻器交流控制電源小開關(guān)QM1因其中一組風(fēng)扇回路電源小線接地短路而引發(fā)跳閘，最終使四組冷卻器均失去了控制電源而停運(yùn)。如該故障信號能及時遠(yuǎn)傳至DCS畫面報警，集控室監(jiān)盤值班員就能及時發(fā)現(xiàn)報警信息，可迅速派人去現(xiàn)場檢查，盡早查找故障原因，盡快處理缺陷，也就不至于因冷卻器全停造成變壓器溫度不斷升高的后果，從而影響變壓器的安全運(yùn)行。

3.3 冷卻器報警信號回路的改進(jìn)

通過以上分析，針對實(shí)際發(fā)生的問題，冷卻器信號報警回路進(jìn)行如下改進(jìn)：

1）增加第一組至第四組冷卻器的交流接觸器KM1～KM4的常閉副接點(diǎn)并構(gòu)成串聯(lián)回路，并與原KMM1與KMM2常閉副接點(diǎn)串聯(lián)回路并聯(lián)，以構(gòu)成“冷卻器全停延時跳閘”報警信號回路，并通過柜內(nèi)接線端子遠(yuǎn)傳至集控室DCS畫面報警，如圖5所示。

圖5 改進(jìn)后的冷卻器全停延時跳閘報警回路

2）對主變冷卻器回路相關(guān)報警信號進(jìn)行梳理，編制成詳細(xì)的報警信號清單，交由熱控人員組態(tài)，在集控室DCS監(jiān)視畫面上新增主變冷卻器回路報警子畫面，將“輔助冷卻器投入”“備用冷卻器投入”“備用冷卻器投入后故障”“加熱及交直流控制電源監(jiān)視”“電源Ⅰ故障”“電源Ⅱ故障”等報警內(nèi)容均增加至該畫面，如圖6所示。

圖6 新增變壓器冷卻器回路報警子畫面

一旦以上子畫面報警信號發(fā)出，能同時啟動電氣一級總報警畫面，“MT/HVT ABN”（主變/廠高變異常）報警窗由灰色變成紅色并閃動，發(fā)出音響進(jìn)行報警，提醒運(yùn)行監(jiān)盤人員及時發(fā)現(xiàn)異常情況，以利于盡快消除設(shè)備缺陷，如圖7所示（最下面一排報警窗）。

圖7 電氣一級總報警畫面

4 主變冷卻器運(yùn)行方式優(yōu)化調(diào)整措施及其節(jié)能效果

4.1 冷卻器系統(tǒng)設(shè)備配置情況

主變的三臺單相變壓器采用ODAF(強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷)冷卻方式，每相主變有四組冷卻器，每組冷卻器配置一臺油泵（功率3 kW）、三臺風(fēng)扇(功率2 kW/臺)。

4.2 調(diào)整前主變冷卻器運(yùn)行方式

當(dāng)主變投入運(yùn)行時，每相主變冷卻器均設(shè)定為兩組工作、一組輔助、一組停用。

4.3 主變冷卻器在主變不同運(yùn)行方式下運(yùn)行工況分析

發(fā)變組正常運(yùn)行時，以發(fā)電機(jī)1 000 MW滿負(fù)荷運(yùn)行時為例，主變高壓側(cè)負(fù)荷電流約1 060 A，油溫和繞組溫度在環(huán)境溫度30℃時分別達(dá)到60℃和76℃左右，輔助冷卻器因主變高壓側(cè)負(fù)荷電流或油溫滿足啟動條件而自動投入，此時3組冷卻器投運(yùn)就能滿足主變滿負(fù)荷連續(xù)運(yùn)行要求。

發(fā)電機(jī)組停運(yùn)后，發(fā)電機(jī)出口斷路器分閘，主變僅帶廠用電輕載運(yùn)行，主變高壓側(cè)負(fù)荷電流降至15 A以內(nèi)，油溫及繞組溫度一般情況下均在50℃以下，故在此情況下一組冷卻器投入工作就能滿足主變的安全運(yùn)行，同時考慮在環(huán)境溫度高等影響條件下，可通過一組輔助冷卻器在滿足啟動條件時的自動投入，進(jìn)一步加強(qiáng)冷卻。

4.4 對主變冷卻器系統(tǒng)運(yùn)行方式采取如下優(yōu)化調(diào)整措施

1）發(fā)電機(jī)停運(yùn)，主變僅帶廠用電運(yùn)行時，運(yùn)行人員在發(fā)電機(jī)改冷備用后及時采取調(diào)整措施：停用其中1組工作冷卻器，主變冷卻器系統(tǒng)運(yùn)行方式從“2組工作、1組輔助、1組備用”改為“1組工作、1組輔助、1組備用、1組停用”，并做好相應(yīng)記錄。同時要求運(yùn)行人員加強(qiáng)主變油溫、繞組溫度、輔助冷卻器啟動情況的監(jiān)視，以便發(fā)生異常情況時能及時處理。

2）發(fā)電機(jī)恢復(fù)并網(wǎng)運(yùn)行前，運(yùn)行人員在發(fā)電機(jī)改熱備用后將主變冷卻器系統(tǒng)運(yùn)行方式從“1組工作、1組輔助、1組備用、1組停用”恢復(fù)至“2組工作、1組輔助、1組備用”，滿足主變在正常運(yùn)行工況下的冷卻要求。

4.5 主變冷卻器系統(tǒng)運(yùn)行方式調(diào)整后節(jié)能效果分析

通過上述發(fā)電機(jī)組停運(yùn)前后主變冷卻器系統(tǒng)運(yùn)行方式對比，調(diào)整措施后的冷卻器系統(tǒng)運(yùn)行方式較調(diào)整前能少投用1組冷卻器，而1組冷卻器包括一臺油泵（功率3 kW）和三臺風(fēng)扇(功率6 kW)，總功率為9 kW，以一天24 h計算，耗電量為216 kWh，即可節(jié)約216 kWh，以2020年1月至7月份2號機(jī)組調(diào)停時間為例，共62天時間（3月份調(diào)停24天、4月份7天、6月份19天、7月份12天），約可節(jié)省13 392 kWh。由于電網(wǎng)調(diào)控等原因，機(jī)組調(diào)停次數(shù)有逐步增多趨勢，故在保證主變安全運(yùn)行的前提下，通過調(diào)整其冷卻器系統(tǒng)運(yùn)行方式，起到節(jié)約電能作用，使其經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

5 結(jié)束語

主變冷卻器全停保護(hù)及報警信號二次回路存在問題的改進(jìn)及完善，使主變冷卻器全停保護(hù)能正確可靠動作，并增強(qiáng)了冷卻器系統(tǒng)報警信號的及時性、全面性。同時，在主變不同運(yùn)行工況下對其冷卻器系統(tǒng)運(yùn)行方式采取優(yōu)化調(diào)整措施，使上海漕涇電廠兩臺主變能更好地滿足安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需要。