張瑞明

(浙江浙能嘉華發(fā)電有限公司，浙江 嘉興 314201)

主變壓器(以下簡(jiǎn)稱“主變”)將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能進(jìn)行升壓輸送到電力網(wǎng)絡(luò)供給用戶用電，在火電廠中起著重要的作用。主變冷卻器控制系統(tǒng)作為主變的重要組成部分，其安全穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到主變輸出能力以及運(yùn)行的安全性及經(jīng)濟(jì)性。

變壓器的冷卻方式主要有自然冷卻、自然油循環(huán)冷卻、強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻3種方式。目前已經(jīng)投運(yùn)的大型變壓器多采用強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻方式[1]。強(qiáng)油風(fēng)冷系統(tǒng)主要由潛油泵、風(fēng)機(jī)、油流繼電器、散熱器、導(dǎo)油管、蝶閥等附件組成[2]。某火電廠主變冷卻器控制系統(tǒng)采用分立元器件通過硬接點(diǎn)搭接來實(shí)現(xiàn)各種功能，接線復(fù)雜且存在多線并接、體積大導(dǎo)致占地面積大、分立元器件受環(huán)境因素影響大、故障隱秘性強(qiáng)不利于維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)等問題，無法實(shí)現(xiàn)主變冷卻器控制系統(tǒng)的智能化控制要求。DCS控制系統(tǒng)在火電廠運(yùn)用廣泛且技術(shù)成熟，如果進(jìn)行技術(shù)改造，將主變冷卻器組控制邏輯、冷卻器全停邏輯由DCS實(shí)現(xiàn)，對(duì)主變冷卻器自動(dòng)投切進(jìn)行最優(yōu)控制，可保證主變安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行[3-6]。

下面針對(duì)某火電廠220 kV主變冷卻器全停事件，探討基于DCS的主變冷卻器控制系統(tǒng)的可行性。

1 主變冷卻器全停故障情況

2017年5月17日12:15，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(distributed control system，DCS)發(fā)出“2號(hào)主變冷卻器工作電源Ⅰ故障”、“2號(hào)主變冷卻器全停故障”報(bào)警。運(yùn)行人員就地檢查發(fā)現(xiàn)2號(hào)所有主變冷卻器均已停運(yùn)，為防止主變油溫及繞組溫度上升至75 ℃，達(dá)到延時(shí)時(shí)間而觸發(fā)機(jī)組跳閘，運(yùn)行人員在發(fā)變組屏退出主變冷卻器全停跳閘出口壓板，經(jīng)調(diào)度同意，解除機(jī)組自動(dòng)發(fā)電控制(automatic generation control，AGC)，機(jī)組減負(fù)荷。

2 主變冷卻器全停故障分析

主變冷卻器有2路輸入電源，在主變冷卻器控制箱內(nèi)通過轉(zhuǎn)換開關(guān)SAM1實(shí)現(xiàn)主備用電源切換。主變冷卻器控制回路如圖1、圖2所示，全停跳閘回路如圖3所示。

圖1 主變冷卻器控制回路1

圖2 主變冷卻器控制回路2

圖3 主變冷卻器全?？刂苹芈?/p>

繼保維護(hù)人員檢查及分析主變冷卻器全停故障原因如下。

a.監(jiān)視繼電器KX1故障主要原因

主路電源(工作電源Ⅰ)監(jiān)視繼電器KX1的過電壓報(bào)警燈亮，導(dǎo)致繼電器K5失電，從而主變冷卻器主路電源失去。監(jiān)視繼電器KX1具備電壓越限、斷相與相序監(jiān)視功能，但實(shí)際情況是380 V輸入電源穩(wěn)定，是由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境因素以及運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)而導(dǎo)致監(jiān)視繼電器誤報(bào)警。類似情況已經(jīng)不止一次發(fā)生，每次都是監(jiān)視繼電器報(bào)過電壓故障時(shí)，將整定值調(diào)高，目前整定值已經(jīng)調(diào)為上限值。

b.繼電器K6故障次要原因

主變冷卻器在主路電源失去后，監(jiān)視繼電器KX2得電，KX2常開觸點(diǎn)閉合，繼電器K6得電，K6常開觸點(diǎn)閉合，接通備用電源(工作電源Ⅱ)接觸器KMM2，繼續(xù)為主變冷卻器供電。而實(shí)際情況主變冷卻器在主路電源失去時(shí)并未成功切換至備用電源，就地檢查發(fā)現(xiàn)繼電器K6并未完全吸合，用螺絲刀將K6觸點(diǎn)頂?shù)轿缓?，冷卻器正常運(yùn)行。

《電力變壓器運(yùn)行規(guī)程》規(guī)定：強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷和強(qiáng)油循環(huán)水冷變壓器，當(dāng)冷卻器控制系統(tǒng)故障切除全部冷卻器時(shí)，允許帶額定負(fù)荷運(yùn)行20 min。如20 min后頂層油溫尚未達(dá)到75 ℃，則允許等待主變頂層油溫上升至75 ℃，但此狀態(tài)下主變運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)不得超過60 min[7]。主變采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷的SFP10-37000/220型三相雙繞組油浸式變壓器，配置5組冷卻器，3組運(yùn)行，2組備用，均由XKWFP-32型冷卻器控制箱控制，時(shí)間繼電器整定與規(guī)程要求一致。因此必須在60 min之內(nèi)消除故障，恢復(fù)主變冷卻器供電。

在更換好監(jiān)視繼電器將主變冷卻器由主路電源供電的前提下，更換K6時(shí)發(fā)現(xiàn)，K5的常開觸點(diǎn)的一端頭與K6的一端并接然后再接至SAM1操作手柄，因而必須采取措施(用短接線將U1與接觸器KMM1的 A2端短接)才能確保冷卻器不失電，而不能簡(jiǎn)單拆下K6進(jìn)行更換，否則將會(huì)導(dǎo)致接觸器KMM1失電，造成冷卻器再次全停。

3 主變冷卻器控制回路改造前后分析

如圖4所示，在對(duì)主變冷卻器控制回路進(jìn)行改造后，主路電源Ⅰ為2組運(yùn)行冷卻器與1組備用冷卻器供電，主路電源Ⅱ?yàn)?組運(yùn)行冷卻器與1組備用冷卻器供電。改造前，每路輸入電源均需要承擔(dān)5組冷卻器的供電，如果一旦某路電源失去而另1路又未自動(dòng)投入時(shí)，將面臨主變冷卻器全停風(fēng)險(xiǎn)；而改造后一旦某1路電源失去，另1路仍可繼續(xù)運(yùn)行，從而保證了至少有2組冷卻器運(yùn)行。為繼保維護(hù)人員排除故障爭(zhēng)取了時(shí)間，同時(shí)也不必降低發(fā)電機(jī)出力。

圖4 改造后主變冷卻器交流回路及控制電源回路

傳統(tǒng)主變冷卻器控制系統(tǒng)是通過硬接線將繼電器、接觸器、開關(guān)輔助觸點(diǎn)串并接組成硬邏輯控制，而由于主變冷控箱空間有限，導(dǎo)致繼電器排列緊湊，引發(fā)了散熱不良等惡性影響；同時(shí)由于硬接線的電纜破損造成繼電器誤動(dòng)作。改造后的冷卻器控制系統(tǒng)通過PLC代替大量的繼電器與接觸器，將相應(yīng)的信號(hào)、接點(diǎn)上送至DCS監(jiān)控系統(tǒng)，在DCS監(jiān)控系統(tǒng)搭接軟邏輯來實(shí)現(xiàn)冷卻器控制系統(tǒng)的邏輯，如圖5所示，在穩(wěn)定性、可靠性、可控制性上有很大的優(yōu)勢(shì)。

圖5 改造后主變冷卻器控制系統(tǒng)邏輯

廣泛應(yīng)用于火電廠的DCS控制系統(tǒng)具有可拓展性及可編輯性極強(qiáng)且適用性強(qiáng)的特點(diǎn)，當(dāng)設(shè)備換型改造或其他需要改變主變冷卻器控制邏輯時(shí)，只需要在DCS監(jiān)控系統(tǒng)修改邏輯，可操作性強(qiáng)，不易發(fā)生誤動(dòng)作的風(fēng)險(xiǎn)。在改造后的1年多時(shí)間內(nèi)，并未發(fā)生主變冷卻器控制系統(tǒng)的相關(guān)問題；根據(jù)運(yùn)行操作人員反應(yīng)，此套控制系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)控制系統(tǒng)而言，由于其硬接線少，監(jiān)盤人員對(duì)冷卻器控制系統(tǒng)的掌握更直觀，這也驗(yàn)證了基于DCS的主變冷卻器控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可操作性。

但在主變冷卻器控制回路改造之后、主變投運(yùn)之前，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求驗(yàn)證信號(hào)、跳閘、切換邏輯的正確性；冷卻器控制箱要做好防止小動(dòng)物進(jìn)入的措施，防止由于小動(dòng)物誤入帶電間隔導(dǎo)致的風(fēng)機(jī)停運(yùn)，影響主變冷卻器的正常運(yùn)行[8]；最后，做好驗(yàn)收工作，把控好改造質(zhì)量是改造項(xiàng)目的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)[9]。

4 結(jié)束語

基于DCS的主變冷卻器控制系統(tǒng)減少了控制回路中的硬接線，降低了故障率，并且火電廠運(yùn)維人員對(duì)DCS控制系統(tǒng)非常熟悉，提高了控制系統(tǒng)的可靠性、可操作性，減少了運(yùn)維人員的維護(hù)工作量，避免了由于繼電器硬接線回路的故障隱秘而不容易發(fā)現(xiàn)的問題，實(shí)現(xiàn)了主變冷卻器控制系統(tǒng)全部實(shí)時(shí)信息的自動(dòng)采集，滿足了運(yùn)維人員進(jìn)行事故分析的需求。