李 炎, 孫 瑞, 徐 強(qiáng)

(國網(wǎng)安徽省電力有限公司超高壓分公司, 安徽 合肥 230022)

0 引言

主變壓器是電網(wǎng)的核心設(shè)備，主要作用是變換電壓，以利于功率的傳輸，其能否安全運(yùn)行，關(guān)系到電網(wǎng)的安危。由于運(yùn)行時(shí)變壓器的空載損耗與負(fù)載損耗會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，變壓器的油溫會(huì)隨著負(fù)載和環(huán)境溫度的增加而上升。為保證變壓器油溫不超過變壓器絕緣所允許的溫度，必須采取有效的方式進(jìn)行冷卻，對(duì)于超高壓主變一般采取外冷卻方式。文章以油浸風(fēng)冷的冷卻方式為例，當(dāng)主變冷卻回路發(fā)生故障時(shí)，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致主變的冷卻回路停止工作，因此對(duì)主變風(fēng)冷回路的運(yùn)行維護(hù)工作異常重要[1]。

1 主變風(fēng)冷的作用

主變?cè)谶\(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生鐵損和銅損，這兩部分損耗全部轉(zhuǎn)化為熱量，使鐵芯和繞組發(fā)熱，溫升直接影響變壓器絕緣材料的壽命、機(jī)械強(qiáng)度、負(fù)荷能力及使用年限。變壓器油箱內(nèi)充滿了變壓器油，變壓器油的作用是絕緣和散熱。變壓器油可以增加變壓器內(nèi)部各部件的絕緣強(qiáng)度。變壓器繞組的絕緣多采用A級(jí)絕緣，因此繞組的溫升為65 ℃。當(dāng)溫度在80 ℃到140 ℃之間，溫度每增加6 ℃，絕緣壽命將要減少一半[2]。

為延長主變絕緣壽命，需要在主變變壓器油溫度較高時(shí)進(jìn)行冷卻。在正常帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)油溫越高，油密度越小。因此主變上層油溫比下層油溫高，當(dāng)上下層油溫產(chǎn)生溫差時(shí)，經(jīng)過冷卻器使油溫迅速降低，較低的油溫自然下降到變壓器底部形成油溫對(duì)流，流回油箱，起到油溫降低的作用。

當(dāng)主變通過油溫高低自然形成對(duì)流則稱為自然風(fēng)冷；當(dāng)自然對(duì)流無法滿足冷卻需求時(shí)，增加一臺(tái)潛油泵而增加油流則稱為強(qiáng)迫油循環(huán)方式。

2 主變風(fēng)冷回路的原理

2.1 主變風(fēng)冷電源回路

對(duì)于強(qiáng)油循環(huán)風(fēng)冷變壓器，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(shí)，變壓器在額定負(fù)載下可運(yùn)行20 min。20 min以后，當(dāng)油面溫度尚未達(dá)到75 ℃時(shí)，允許上升到75 ℃，但冷卻器全停的最長運(yùn)行時(shí)間不得超過1 h。對(duì)于油浸風(fēng)冷的冷卻系統(tǒng)部分風(fēng)扇停止運(yùn)行后，頂層油溫不超過65 ℃時(shí)，允許帶額定負(fù)載運(yùn)行。當(dāng)主變風(fēng)冷電源一旦失去，則冷卻系統(tǒng)停止運(yùn)行，油溫將無法控制在合格范圍內(nèi)，因此將冷卻系統(tǒng)定義為站內(nèi)重要負(fù)荷，需要雙路電源供電，兩路電源不得取自同一380 V站用主母線上，且當(dāng)任一電源故障時(shí)，另一路電源可自動(dòng)投入運(yùn)行[3]。

圖1 典型主變風(fēng)冷電源切換回路圖

圖1為典型的主變風(fēng)冷電源切換回路，相序繼電器(KX1、KX2)監(jiān)測雙路電源相序、斷相、欠壓等不正常工況。SA1為雙電源切換開關(guān)，當(dāng)切至Ⅰ段電源為主電源時(shí)1～2、5～6輔助接點(diǎn)導(dǎo)通，當(dāng)切至Ⅱ段電源為主電源時(shí)3～4、7～8輔助接點(diǎn)導(dǎo)通。正常當(dāng)Ⅰ段電源為主電源工作時(shí)，KA1繼電器得電，KA1常閉接點(diǎn)21～22斷開，KMS1交流接觸器得電，KMS1常開接點(diǎn)閉合，此時(shí)交流風(fēng)機(jī)為Ⅰ段電源供電。當(dāng)檢測到Ⅰ段電源故障時(shí)，KX1繼電器失電，KX1繼電器15～18常開接點(diǎn)斷開，KMS1交流接觸器失電，KMS1常開接點(diǎn)斷開。KA1的常閉接點(diǎn)21～22導(dǎo)通，KMS2交流接觸器得電，KMS2常開接點(diǎn)閉合，此時(shí)電源切換至Ⅱ段電源供電。

2.2 主變風(fēng)冷控制回路

典型主變風(fēng)冷控制回路如圖2所示，主變投入電網(wǎng)時(shí)，自動(dòng)投入冷卻器控制回路。當(dāng)切除主變后，自動(dòng)切除冷卻器控制回路，即圖1中的KA11常閉觸點(diǎn)。該觸點(diǎn)由主變電源開關(guān)輔助觸點(diǎn)并聯(lián)后串聯(lián)KA11中間繼電器回路控制。

風(fēng)機(jī)啟動(dòng)分為按上層油溫啟動(dòng)及按負(fù)荷啟動(dòng)方式。當(dāng)主變上層油溫達(dá)到一組風(fēng)機(jī)啟動(dòng)定值時(shí)，第一組風(fēng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)。當(dāng)主變上層油溫低于第一組風(fēng)機(jī)停止定值時(shí)，第一組風(fēng)機(jī)停止。當(dāng)主變上層油溫達(dá)到第二組風(fēng)機(jī)啟動(dòng)定值時(shí)，第二組風(fēng)機(jī)同時(shí)啟動(dòng)。當(dāng)主變上層油溫低于第二組風(fēng)機(jī)停止定值時(shí)，第二組風(fēng)機(jī)停止。當(dāng)主變負(fù)荷達(dá)到負(fù)荷啟動(dòng)定值時(shí)(一般為70%負(fù)荷)，啟動(dòng)全部風(fēng)扇[4]。

當(dāng)主變風(fēng)機(jī)控制開關(guān)SA2切至手動(dòng)位置所有風(fēng)機(jī)全部啟動(dòng)。當(dāng)主變風(fēng)機(jī)控制開關(guān)SA2切至自動(dòng)位置，主變風(fēng)機(jī)將按照油溫或者負(fù)荷定值進(jìn)行啟動(dòng)。

圖2 典型主變風(fēng)冷控制回路圖

當(dāng)主變風(fēng)機(jī)的雙路電源全部失電或者風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)換開關(guān)切至手動(dòng)位置、風(fēng)機(jī)達(dá)到負(fù)荷啟動(dòng)定值、溫度達(dá)到啟動(dòng)定值等情況下風(fēng)機(jī)卻未能成功啟動(dòng)，經(jīng)一定延時(shí)將會(huì)對(duì)應(yīng)報(bào)警。

3 主變風(fēng)冷回路的運(yùn)行維護(hù)

風(fēng)冷回路正常工作時(shí)，變壓器油溫、油位應(yīng)在合格范圍內(nèi)，主變負(fù)載或油溫與主變風(fēng)機(jī)投入組數(shù)相匹配，冷卻器風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)方向正確、無異常振動(dòng)和雜音，冷卻器閥門開啟正確、各冷卻器手感溫度相近、冷卻器無滲漏油，主變風(fēng)冷控制箱內(nèi)各開關(guān)切換把手、空開狀態(tài)、繼電器吸合狀態(tài)位置正確、報(bào)警指示燈無異常告警等。

3.1 風(fēng)冷信號(hào)回路的現(xiàn)象與原因

主變風(fēng)冷信號(hào)回路反映風(fēng)冷回路各種運(yùn)行工況，并通過硬接線或軟報(bào)文的方式將現(xiàn)場實(shí)際工況發(fā)送至監(jiān)控后臺(tái)處，供運(yùn)維或監(jiān)控人員在正常情況下開展對(duì)風(fēng)冷系統(tǒng)的巡視及異常情況下能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并定位異常范圍。

常見風(fēng)冷系統(tǒng)的異常信號(hào)及信號(hào)產(chǎn)生原因如表1所示。

表1 典型風(fēng)冷異常信號(hào)及產(chǎn)生原因

3.2 主變風(fēng)冷系統(tǒng)運(yùn)行維護(hù)方法

1)按照規(guī)定周期對(duì)現(xiàn)場設(shè)備、環(huán)境及監(jiān)控信號(hào)進(jìn)行巡視，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)按照相關(guān)規(guī)程進(jìn)行檢查處理并匯報(bào)。

2)定期按照現(xiàn)場作業(yè)指導(dǎo)卡開展主變風(fēng)冷電源切換試驗(yàn)，按照流程開展電源切換試驗(yàn)，避免長期不運(yùn)行電源回路存在故障無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)處置，確保雙電源均可靠供電。

3)定期開展主變風(fēng)冷電機(jī)首啟動(dòng)輪換試驗(yàn)，編制作業(yè)指導(dǎo)卡，按照流程開展風(fēng)機(jī)首啟動(dòng)輪換試驗(yàn)，避免次啟動(dòng)電機(jī)長期達(dá)不到啟動(dòng)值，處于不運(yùn)行狀態(tài)，在高溫或大負(fù)荷期間風(fēng)機(jī)卡死等情況，無法啟動(dòng)，確保每一組風(fēng)機(jī)均可靠運(yùn)行。

4)如果主變風(fēng)冷電機(jī)首啟動(dòng)無法輪換，應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫度及負(fù)荷情況定期開展風(fēng)機(jī)全啟動(dòng)工作。避免次啟動(dòng)風(fēng)機(jī)長時(shí)間無法運(yùn)行，導(dǎo)致在高溫大負(fù)荷來臨之前無法按時(shí)投入運(yùn)行。同時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)風(fēng)機(jī)輪換接線或者PLC系統(tǒng)進(jìn)行修改驗(yàn)證，使之滿足風(fēng)冷電機(jī)首啟動(dòng)輪換邏輯。

4 典型故障分析

4.1 故障現(xiàn)象

監(jiān)控后臺(tái)：“2號(hào)主變A相Ⅱ段電源故障”光字牌點(diǎn)亮不熄滅?！?號(hào)主變本體測控-A相Ⅱ段電源故障”報(bào)文發(fā)出不復(fù)歸。

主變現(xiàn)場：主變風(fēng)冷控制箱內(nèi)A相故障報(bào)警HR1燈閃光，且報(bào)警蜂鳴器響?，F(xiàn)場風(fēng)機(jī)運(yùn)行正確。

4.2 處置步驟

1)首先核實(shí)現(xiàn)場主變負(fù)載、油溫、繞溫溫度是否正常，檢查風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況是否與定值相匹配，是否影響主變正常運(yùn)行。檢查A相Ⅱ段電源空開QF2是否在合位。檢查主變風(fēng)冷回路有無明顯異常。

2)查詢風(fēng)冷電源切換回路圖，如圖1所示，用萬用表對(duì)主變A相Ⅱ段電源空開QF2下端口進(jìn)行逐相實(shí)測，測量結(jié)果顯示電壓正常，說明電源故障告警是由于二次回路導(dǎo)致，而非電源本身故障導(dǎo)致。

3)查詢風(fēng)冷控制回路及信號(hào)回路圖，如圖2所示，風(fēng)冷Ⅱ段電源故障信號(hào)由KA2繼電器常閉接點(diǎn)發(fā)出。正常KA1與KA2繼電器分別監(jiān)視一段電源回路與二段電源回路，且均是帶電狀態(tài)。當(dāng)KA2繼電器失電時(shí)，Ⅱ段電源故障信號(hào)告警將會(huì)發(fā)出。經(jīng)過測量，KA2電源回路接點(diǎn)A1電壓為0。沿著接線依次查找發(fā)現(xiàn)KX2繼電器常開接點(diǎn)18電壓為0 V，接點(diǎn)15電壓為220 V。故初步判斷故障點(diǎn)為KX2相序繼電器常開接點(diǎn)未正常閉合導(dǎo)致KA2繼電器無法得電。

4)檢查KX2相序繼電器電源回路A1、A2觸點(diǎn)電壓測量正確。檢查KX2繼電器15～18常開觸點(diǎn)電阻為無窮大，說明故障原因是由于KX2相序繼電器的常開觸點(diǎn)未能正常吸合導(dǎo)致。

5)檢查相序繼電器無備用常開觸點(diǎn)后，向調(diào)度申請(qǐng)斷開主變風(fēng)冷Ⅱ段電源空開QF2，并更換相序繼電器KX2。經(jīng)過試送，Ⅱ段電源故障信號(hào)消失，故障排除。

5 結(jié)論

主變風(fēng)冷回路的運(yùn)行工況直接影響主變可靠運(yùn)行。因大多室外端子箱內(nèi)均未配置空調(diào)，導(dǎo)致端子箱內(nèi)溫度會(huì)隨著室外環(huán)境溫度的變化而變化，甚至變化幅度更大。而繼電器長時(shí)間工作在較為惡劣的環(huán)境下，可靠運(yùn)行時(shí)間就會(huì)大大縮短?，F(xiàn)場一方面應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況改善繼電器的工作條件，延長使用壽命，另一方面應(yīng)加強(qiáng)員工培訓(xùn)及相關(guān)備件的儲(chǔ)備，尤其是在高溫大負(fù)荷來臨之前應(yīng)加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)場設(shè)備的巡視，減少因繼電器本身故障導(dǎo)致風(fēng)冷系統(tǒng)二次回路無法正常工作的情況發(fā)生，提高設(shè)備的可靠運(yùn)行。