劉渠江

摘 要：隨著電力系統(tǒng)的高速發(fā)展，大型變壓器的應(yīng)用需求不斷提升，其一般配置有獨(dú)立的變壓器油冷卻器及冷卻器控制系統(tǒng)。變壓器冷卻系統(tǒng)發(fā)揮著自動(dòng)調(diào)節(jié)變壓器油溫的作用，但是變壓器冷卻系統(tǒng)涉及的元件較多，控制邏輯比較復(fù)雜，導(dǎo)致變壓器運(yùn)行過(guò)程中故障多發(fā)。大型變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行離不開(kāi)冷卻系統(tǒng)的正常工作，500 kV及以上電壓等級(jí)的變壓器對(duì)冷卻系統(tǒng)提出了更高的要求。冷控系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)投切冷卻器，以保證主變溫度處于合理范圍內(nèi)，并能在冷卻系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)出相應(yīng)信號(hào)提示運(yùn)維人員。本文主要探討500 kV變壓器冷控系統(tǒng)常見(jiàn)的故障類型及處理措施。

關(guān)鍵詞：變壓器;冷控系統(tǒng);故障類型

中圖分類號(hào)：TM63文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）04-0063-04

Abstract： With the rapid development of the power system， the application requirements of large transformers continue to increase， which are generally equipped with independent transformer oil coolers and cooler control systems. The transformer cooling system plays the role of automatically adjusting the transformer oil temperature， but the transformer cooling system involves many components and the control logic is more complicated， which leads to frequent faults during the operation of the transformer.The stable operation of large transformer is inseparable from the normal work of the cooling system， the transformer of 500kV and above voltage level puts forward higher requirements for the cooling system. The cooling control system should be able to automatically switch the fan to ensure that the main oil temperature is in the normal range and send corresponding signals to prompt the operation and maintenance personnel when the cooling system equipment fails. This paper mainly discussed the common failure types and treatment measures of 500 kV transformer cold control system.

Keywords： transformer;cold control system;fault types

500 kV變壓器是500 kV變電站的核心設(shè)備，承擔(dān)著遠(yuǎn)距離輸電的重要職責(zé)。變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)區(qū)域供電可靠性具有顯著影響。這就要求對(duì)變壓器的故障處理準(zhǔn)確和及時(shí)，保證變壓器在良好工況下運(yùn)行。大型變壓器的附件較多，主要附件為冷卻系統(tǒng)、油枕、瓦斯繼電器、壓力釋放閥等檢測(cè)或調(diào)節(jié)變壓器油運(yùn)行狀況的元件。變壓器油在變壓器結(jié)構(gòu)中具有重要作用。變壓器油是變壓器內(nèi)部的絕緣和冷卻介質(zhì)，溫度是反映其運(yùn)行狀況的一個(gè)主要參數(shù)。由于變壓器油會(huì)隨著溫度異常升高而加速劣化，所以作為調(diào)節(jié)變壓器油溫的主要附件，變壓器冷卻系統(tǒng)的正常工作對(duì)變壓器的安全運(yùn)行有較大的影響。如果變壓器冷卻系統(tǒng)的故障不能及時(shí)有效地處理，就可能會(huì)造成變壓器被迫停運(yùn)。

1 冷卻系統(tǒng)簡(jiǎn)介

變壓器冷卻系統(tǒng)主要由交流電源、油泵、風(fēng)扇、散熱器和控制回路等部分組成。冷卻系統(tǒng)采用兩個(gè)獨(dú)立電源供電，一個(gè)工作，一個(gè)備用。當(dāng)工作電源發(fā)生故障時(shí)，備用電源自動(dòng)投入;當(dāng)工作電源恢復(fù)時(shí)，備用電源自動(dòng)退出。工作或備用電源故障均應(yīng)有信號(hào)[1]。

500 kV變壓器一般采用油浸風(fēng)冷或強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷，其冷卻方式以強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷為主[2]。采用強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷方式的變壓器每相一般設(shè)置5組冷卻器，按照3+2模式運(yùn)行，即3組運(yùn)行，1組輔助，1組備用，處于運(yùn)行狀態(tài)的冷卻器組持續(xù)運(yùn)行，為變壓器提供穩(wěn)定散熱條件。當(dāng)變壓器油溫或繞溫以及負(fù)載達(dá)到預(yù)設(shè)的定值時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)尚未投入的輔助冷卻器。當(dāng)運(yùn)行中的工作、輔助冷卻器發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)啟用備用冷卻器。

對(duì)信號(hào)回路的要求是所有運(yùn)行中的冷卻器發(fā)生故障時(shí)，均能發(fā)出故障信號(hào)。采用油浸風(fēng)冷方式的變壓器則按照奇偶模式運(yùn)行，即按預(yù)設(shè)的溫度定值依次啟動(dòng)奇數(shù)組冷卻器風(fēng)扇和偶數(shù)組冷卻器風(fēng)扇，保證變壓器的散熱效果。油浸風(fēng)冷變壓器的冷控回路相對(duì)簡(jiǎn)單，冷卻回路主要設(shè)備為風(fēng)扇，常見(jiàn)的故障類型也集中在風(fēng)扇的控制回路和風(fēng)扇電機(jī)回路。而采用強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷方式的變壓器冷控回路相對(duì)復(fù)雜，冷卻回路主要設(shè)備有油泵、風(fēng)扇和油流繼電器，同時(shí)處于不同工作狀態(tài)下的冷卻器有相應(yīng)的啟動(dòng)控制邏輯，因此缺陷類型較多，故障的分析和處理應(yīng)考慮更多因素。

2 500 kV變壓器冷控系統(tǒng)的常見(jiàn)故障類型

500 kV變壓器冷控系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，受外部自然環(huán)境變化、控制系統(tǒng)元器件老化等因素的影響，會(huì)產(chǎn)生難以避免的故障。變壓器冷控系統(tǒng)的主要故障分為四種類型。

2.1 二次回路絕緣降低或損壞

該類型故障一般發(fā)生在冷控系統(tǒng)二次回路有電纜或接點(diǎn)暴露在露天條件的情況下，在長(zhǎng)期的日曬雨淋中，二次電纜或接點(diǎn)受潮、銹蝕導(dǎo)致絕緣能力下降，引起風(fēng)扇電機(jī)電源空開(kāi)跳閘等故障現(xiàn)象，實(shí)際故障點(diǎn)就處于二次回路絕緣能力下降發(fā)生的位置。此類故障一般發(fā)生在油浸風(fēng)冷變壓器的風(fēng)扇電源轉(zhuǎn)接頭處，如果該位置的密封效果不佳，那么運(yùn)行一段時(shí)間后就會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)接盒銹蝕的情況，導(dǎo)致風(fēng)扇不能正常運(yùn)行。

2.2 控制回路中的繼電器等元件損壞

從圖1可以看出，油浸風(fēng)冷變壓器的冷控回路相對(duì)簡(jiǎn)單，風(fēng)扇的啟動(dòng)和停止由變壓器的溫度計(jì)W5、W6、W7或變壓器負(fù)荷監(jiān)測(cè)繼電器JL的接點(diǎn)控制，回路內(nèi)還包含接觸器和熱繼電器等元件，如果風(fēng)扇出現(xiàn)異常，就可依次對(duì)回路內(nèi)元件開(kāi)展檢查，確認(rèn)是否有元件出現(xiàn)損壞。從圖2可以發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)油風(fēng)冷變壓器冷控系統(tǒng)二次回路中的元件較多，故電氣元件出現(xiàn)故障的概率高，現(xiàn)象比較復(fù)雜。在處理過(guò)程中，人們需要根據(jù)故障現(xiàn)象仔細(xì)分析，查找故障原因[3]。

首先是冷控系統(tǒng)交流電源部分，電源控制回路主要包含斷相與相序保護(hù)繼電器KV1、KV2，中間繼電器K、K1、K2等元件，如果電源故障或切換異常，就可對(duì)回路內(nèi)元件進(jìn)行排查，確定故障位置。強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的每組冷卻器都可用控制開(kāi)關(guān)手柄位置來(lái)選擇自身的工作狀態(tài)，即工作、輔助、備用或停運(yùn)，運(yùn)行方式靈活，每個(gè)冷卻器易于檢修。依據(jù)回路主要設(shè)備，工作冷卻器的故障可分為油泵故障（油泵接觸器KH1接點(diǎn)動(dòng)作）、風(fēng)扇故障（風(fēng)扇電機(jī)回路接觸器KH11、KH12接點(diǎn)動(dòng)作）和油流異常（油流繼電器KO1接點(diǎn)動(dòng)作）這3類。人們可以根據(jù)故障現(xiàn)象初步判斷故障位置，然后以此為切入點(diǎn)展開(kāi)檢查。

輔助冷卻器和備用冷卻器的故障，除了與工作冷卻器相同的本回路設(shè)備的故障之外，還可能是由啟動(dòng)控制回路中元件損壞引起的。對(duì)于輔助冷卻器，其啟動(dòng)控制元件為變壓器溫度計(jì)POP11、POP12、PW1接點(diǎn)或變壓器負(fù)荷監(jiān)測(cè)繼電器KC接點(diǎn)（輔助冷卻器按負(fù)荷啟動(dòng)時(shí)）。出現(xiàn)輔助冷卻器故障時(shí)，有針對(duì)性地對(duì)這些部位進(jìn)行檢查，可以提高消缺效率。對(duì)于備用冷卻器的啟動(dòng)控制回路，其主要元件是一個(gè)中間繼電器K5，當(dāng)運(yùn)行中的工作或輔助冷卻器發(fā)生故障而停運(yùn)時(shí)，該中間繼電器從油泵接觸器、風(fēng)扇接觸器、油流繼電器的運(yùn)行監(jiān)測(cè)接點(diǎn)中得電動(dòng)作，使其接點(diǎn)接通備用冷卻器的啟動(dòng)回路，備用冷卻器啟動(dòng)回路得電后動(dòng)作于本組冷卻器的油泵接觸器和風(fēng)扇接觸器，冷卻器即投入運(yùn)行。

2.3 冷控系統(tǒng)各一次設(shè)備之間的配合不當(dāng)

該類型故障的后果一般為誤發(fā)告警信號(hào)。例如，某500 kV變電站的2號(hào)主變的冷卻方式為強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷，每相配備3組冷卻器。運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)，主變?cè)谶\(yùn)行中出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，在各組冷卻器投入運(yùn)行時(shí)均會(huì)發(fā)出“冷卻器油流異?！毙盘?hào)，提示冷卻器中油流狀態(tài)異常，該信號(hào)可自動(dòng)復(fù)歸?，F(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，冷卻器啟動(dòng)正常，油泵、風(fēng)扇均正常運(yùn)行，油流繼電器也指示正確。該故障現(xiàn)象令檢修人員不解。后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察與分析推理，人們發(fā)現(xiàn)，故障原因?yàn)槔鋮s器的油泵和油流繼電器配合不當(dāng)，油流繼電器動(dòng)作稍有延遲，導(dǎo)致油泵已啟動(dòng)而油流繼電器未及動(dòng)作時(shí)即發(fā)出告警信號(hào)。該類型故障在變壓器運(yùn)行過(guò)程中的發(fā)生率不高，但誤發(fā)告警信號(hào)會(huì)影響對(duì)變壓器運(yùn)行情況的判斷，也應(yīng)引起重視。

2.4 由一次系統(tǒng)故障引起的冷控系統(tǒng)異常

某500 kV變電站1號(hào)主變開(kāi)展壓力釋放閥更換消缺工作，消缺過(guò)程中對(duì)主變進(jìn)行了變壓器油回收、注油等操作，注油完成后對(duì)變壓器進(jìn)行多次排氣，檢修工作結(jié)束時(shí)油枕、瓦斯繼電器、集氣盒內(nèi)均無(wú)氣體。工作驗(yàn)收時(shí)對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行試運(yùn)行，檢修人員發(fā)現(xiàn)油泵、風(fēng)扇均運(yùn)轉(zhuǎn)正常，后臺(tái)無(wú)異常信號(hào)發(fā)出。于是將該變壓器投入運(yùn)行，投運(yùn)后不久主變發(fā)出“輕瓦斯告警”信號(hào)，同時(shí)主變油溫上升較快，有明顯異常跡象。經(jīng)技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)檢查，異常原因?yàn)槔鋮s器油路主連管內(nèi)有空氣未排盡，冷卻器投入運(yùn)行后，雖然油泵和風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)正常，但由于油通道內(nèi)空氣的存在，油流繼電器的開(kāi)啟壓力不夠，油流繼電器未動(dòng)作打開(kāi)油路閥門，變壓器投運(yùn)后，散熱器內(nèi)油路不通，變壓器油實(shí)際未流動(dòng)散熱，故變壓器油溫上升較快。由于該變壓器未設(shè)置油流異常告警信號(hào)，所以在試投冷卻器時(shí)未能發(fā)現(xiàn)此隱患。后對(duì)冷卻器上部油管道進(jìn)行排氣，確有氣體排出，將殘余氣體排盡后再次投入冷卻器，油流繼電器正常動(dòng)作，異常現(xiàn)象消除，變壓器運(yùn)行正常。這就是由一次系統(tǒng)引起冷控系統(tǒng)異常的案例，這類故障誘因較隱蔽，不易被檢修人員發(fā)現(xiàn)，但是會(huì)造成嚴(yán)重后果。設(shè)計(jì)及驗(yàn)收人員需要對(duì)變壓器設(shè)置完善的告警信號(hào)回路，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器的異常工況。

3 500 kV變壓器冷控系統(tǒng)常見(jiàn)故障的處理措施

3.1 變壓器冷控系統(tǒng)二次回路絕緣下降引起的各種故障

首先，改善二次回路的運(yùn)行環(huán)境，盡量減少回路轉(zhuǎn)接次數(shù)。其次，做好對(duì)控制電纜的保護(hù)，例如，采取給二次回路電纜增加防水護(hù)套、在轉(zhuǎn)接線盒處增加防雨罩等措施，以有效降低冷控系統(tǒng)二次回路的絕緣下降速度。再次，運(yùn)維人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)回路的巡視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)處于故障初期的電纜，避免其發(fā)展成嚴(yán)重故障。

3.2 冷控系統(tǒng)元器件損壞引起的故障

因涉及的二次元器件類型多，型號(hào)不一，變壓器運(yùn)行維護(hù)及檢修人員需要了解并熟悉變壓器冷控系統(tǒng)各種故障類型的常見(jiàn)起因，在變壓器冷控系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)對(duì)故障進(jìn)行甄別，采取有效的處理措施。雖然不同廠家的變壓器冷控系統(tǒng)使用的元器件各異，但是冷控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)邏輯大體是一致的，通過(guò)對(duì)主要變壓器廠家的冷控系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致分析，人們可以較好地掌握冷控系統(tǒng)的主要元器件功能。對(duì)于會(huì)導(dǎo)致冷卻器停運(yùn)的元器件，在其損壞導(dǎo)致冷卻器停運(yùn)時(shí)，須發(fā)出相應(yīng)的告警信號(hào)提醒運(yùn)維人員注意，如果信號(hào)回路不滿足要求，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。

3.3 冷控系統(tǒng)各一次設(shè)備之間配合不當(dāng)引起的故障

工作人員應(yīng)對(duì)回路進(jìn)行優(yōu)化。針對(duì)上文提到的某500 kV變電站的2號(hào)主變的故障處理，就是對(duì)其信號(hào)回路進(jìn)行了優(yōu)化和改進(jìn)，在“冷卻器油流異?！毙盘?hào)回路中增加了延時(shí)繼電器。增加延時(shí)繼電器后，在冷卻器投入過(guò)程中，油泵和油流繼電器均處于穩(wěn)態(tài)后才將信號(hào)發(fā)出，有效避免油流繼電器動(dòng)作時(shí)告警信號(hào)就發(fā)至后臺(tái)的情況。對(duì)于其他一次設(shè)備配合不當(dāng)引起冷控系統(tǒng)故障的情況，人們可以根據(jù)具體情況對(duì)一次設(shè)備的動(dòng)作靈敏性進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其滿足冷控系統(tǒng)正常運(yùn)行的要求。

3.4 由一次系統(tǒng)故障引起的冷控系統(tǒng)異常

這種故障一般是在對(duì)變壓器本體開(kāi)展工作時(shí)因工序不當(dāng)造成的。對(duì)于這種故障類型的處理，首先應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行變壓器本體檢修標(biāo)準(zhǔn)工藝流程，對(duì)工作中涉及的部位在工作結(jié)束后須逐一檢查運(yùn)行是否正常，不可漏項(xiàng)，對(duì)發(fā)現(xiàn)異常的設(shè)備及附件及時(shí)處理[4]。變壓器檢修發(fā)現(xiàn)，發(fā)生頻率較高的一次系統(tǒng)故障是強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷變壓器的潛油泵損壞。人們可以通過(guò)聽(tīng)音法判斷應(yīng)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的油泵是否在轉(zhuǎn)動(dòng)，若無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)聲音，則可判斷油泵損壞。此時(shí)關(guān)閉油泵兩側(cè)油路閥門，再對(duì)油泵進(jìn)行更換，然后打開(kāi)油泵一側(cè)油路閥門，并在另一側(cè)閥門排氣塞處排氣，待油注滿油泵管道后再打開(kāi)另一側(cè)閥門。

為了提前發(fā)現(xiàn)變壓器冷控系統(tǒng)的故障隱患，避免冷卻器停運(yùn)情況的發(fā)生，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)變壓器冷控系統(tǒng)的日常巡視、維護(hù)管理工作。一是合理運(yùn)用全部冷卻器，避免負(fù)荷超標(biāo)運(yùn)行;二是應(yīng)定期使用電源切換手段，引導(dǎo)電源自動(dòng)切換，避免出現(xiàn)切換動(dòng)作的失誤;三是在運(yùn)行巡視的狀態(tài)下，對(duì)變壓器冷卻器運(yùn)行情況進(jìn)行檢查，一般應(yīng)從主變溫度、負(fù)荷情況、投入的冷卻器組數(shù)之間吻合性的角度來(lái)分析[5];四是要做好變壓器冷控箱的密封，防止變壓器冷控箱頂部銹蝕等造成雨水進(jìn)入冷控箱，引起內(nèi)部二次元器件的受潮短路，造成冷控系統(tǒng)的誤動(dòng);五是在對(duì)變壓器的冷卻器進(jìn)行沖洗時(shí)，要做好對(duì)冷卻器二次回路及接線盒等的保護(hù)，防止在對(duì)冷卻器進(jìn)行沖洗時(shí)水進(jìn)入接線盒等部位引起短路或者接地現(xiàn)象。這會(huì)直接導(dǎo)致冷卻器的故障停運(yùn)，同時(shí)可能會(huì)引起上級(jí)交流電源空開(kāi)的跳閘，造成冷卻器的全停，需要引起高度注意。

4 結(jié)論

當(dāng)前，電力系統(tǒng)快速發(fā)展，大型變壓器的應(yīng)用需求不斷提升，變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性具有很高的要求。冷卻系統(tǒng)作為大型變壓器主要的輔助系統(tǒng)，在運(yùn)行中具有故障點(diǎn)多、故障現(xiàn)象不一致等特點(diǎn)。人們要總結(jié)大型變壓器運(yùn)行缺陷的處理經(jīng)驗(yàn)，評(píng)估處理措施的消缺效率，以便在變壓器發(fā)生故障時(shí)及時(shí)準(zhǔn)確地判斷故障的根本原因，提出相應(yīng)的解決方案，提高變壓器運(yùn)行的安全性和可靠性。

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