一起“主變冷卻器全停”告警異常的分析

盧洪鋒

(金華電業局，浙江 金華 321000)

2011-07-05，金華電業局500 kV丹溪變電站在進行主變冷卻器的定期倒換工作過程中，發生一起“主變冷卻器全停”告警異常。由于異常信號發現及時，運行當值處理得當，有效避免了一起冷卻器全停跳閘事故。

1 異常經過及初步檢查

當日15:00，該站當值人員按常規對主變壓器的主、備冷卻器進行倒換操作。倒換過程中，當班值長在監控后臺發現如下2個光字信號：

(1)“1號主變風扇故障告警”；

(2)“1號主變冷卻器全停故障告警”。

該現象持續約1 min不復歸，當班值長隨即電話詢問操作人員切換進程及現場設備運行情況，得知1號主變A相冷卻器切換過程剛完成，正要對1號主變B相冷卻器進行切換操作。當班值長隨即下令操作人員停止操作，對1號主變A相冷卻器進行檢查，結果如下：

(1)“風扇故障”指示燈亮；

(2)“冷卻器全停故障”指示燈亮；

(3)風扇運轉正常；

(4)油泵未運轉；

(5)油溫約 55 ℃。

在風扇正常運轉的情況下，出現“冷卻器全停告警”信號，顯然屬于異常現象。按該站主變冷卻器控制回路的設計，冷卻器全停告警信號出現后，即開始30 min計時，計時結束，經主變油溫接點判定后，跳開主變三側斷路器。時值高溫、高負荷時間，1號主變所帶負荷為70萬kW，相當于浙江一個經濟強縣的正常負荷。可以說，“1號主變冷卻器全停故障告警”信號的出現已經嚴重威脅到了金華電網的安全穩定運行。

鑒于“冷卻器全停故障告警”信號出現，而油泵尚未運轉，當班值長下令將1號主變A相油泵“手動/自動切換開關”切至“手動”位置，手動投入工作油泵，再次檢查冷卻器運行情況如下：

(1)“風扇故障”指示燈亮；

(2)“冷卻器全停故障”指示燈滅；

(3)風扇運轉正常；

(4)油泵運轉。

考慮到手動投入工作油泵后，風扇、油泵正常運轉，冷卻器全停故障告警信號也已復歸，冷卻器全停跳閘威脅解除，當值人員心理壓力得到緩解。

為檢查異常發生的原因，當班值長再次下令將1號主變A相油泵“手動/自動切換開關”切至“自動”位置，隨即檢查冷卻器運行情況，發現異常信息與未操作該切換開關前相同。當值人員只好再次將該切換開關切至“手動”位置。

梳理1號主變A相冷卻器運行情況，當值人員迅速總結出目前的主要異常為：“1號主變風扇故障”信號出現；而1號主變風扇運轉正常。

2 異常分析及處理

2.1 冷卻器故障監視及全停跳閘回路

主變壓器為常州東芝500 kV分相組式自耦變壓器，采用強迫油循環風冷方式，冷卻器主要包括風扇和油泵。每相的冷卻器包括3臺油泵和1組(12只)風扇，其中1臺油泵備用。冷卻器的電源從變壓器的總控制柜引接。為監視冷卻器的電源情況，除設計有總電源監視繼電器KJ外，油泵和風扇電源接線的出口處還接有電源監視繼電器KJ1，KJ2，KJ3，KJ4，如圖1所示。

圖1 冷卻器電源監視回路示意

其中，QF01～QF04為對應于冷卻器的空氣開關，KP1～KP3及KF為交流接觸器。風扇或對應的油泵在達到啟動條件時，對應的交流接觸器勵磁。此時若KJ1～KJ4失勵，則觸發對應的油泵或風扇故障信號。冷卻器故障告警信號回路如圖2所示。

圖2 冷卻器故障告警信號回路

KJ1～KJ4除用于監視冷卻器電源電壓、觸發對應冷卻器故障信號外，還用于冷卻器全停跳閘回路，其原理如圖3所示。

圖3中，KC1為主變負荷監視繼電器，在主變負荷達到冷卻器啟動條件時，該繼電器勵磁，此時若冷卻器電源失去(KJ失勵或KJ1～KJ4同時失勵)則觸發冷卻器全停故障告警信號。一旦判定冷卻器全停，立刻啟動時間繼電器KT5，在計時結束后若主變油溫達到整定值，即跳開主變三側斷路器，以保護主變壓器不受高溫損壞。

2.2 風扇故障信號分析

1號主變A相冷卻器，在風扇運轉正常的情況下出現風扇故障的異常信號，從圖2來看這是不可能發生的現象。因此，該站當值人員仔細查看了廠方主變冷卻器控制原理圖發現，電源監視繼電器KJ，KJ1～KJ4被命名為三相保護繼電器。經查證，該繼電器在冷卻器電源電壓過高(或過低)時會非正常失勵且自保持，此時其常閉接點閉合。這種情況下，若冷卻器達到啟動條件而投入運轉，就會觸發對應油泵、風扇故障信號，其目的是防止因電源電壓越限原因損壞冷卻器。

圖3 冷卻器全停跳閘回路示意

根據這一發現，當值人員迅速檢查了1號主變A相冷卻器風扇電源監視繼電器，發現KJ4繼電器“>>U”燈亮(表明電壓越上限)。當班值長立即下令試拉合1號主變A相冷卻器分控箱內風扇電源空氣開關QF04。當重新合上QF04時，KJ4繼電器恢復正常，1號主變A相風扇運轉正常，而“風扇故障”異常信號消失。

2.3 冷卻器全停告警信號分析

通過以上分析可知，KJ4繼電器因非正常失勵，其常閉觸點閉合。

當值人員通過進一步檢查發現，負荷監視繼電器KC1勵磁，而油泵則未達到啟動條件，沒有運轉，其對應的電源監視繼電器KJ1～KJ3處于正常失勵狀態。

以上條件同時滿足，所以冷卻器全停告警回路導通，觸發“冷卻器全停故障告警”信號。

這時若將油泵“手動/自動切換開關”切至“手動”位置，手動投入工作油泵，則工作油泵對應的監視繼電器勵磁，其常閉觸點打開，斷開冷卻器全停告警回路，“冷卻器全停故障告警”信號復歸。這與異常經過及初步檢查完全吻合。

根據以上分析，該站當值人員再次將1號主變A相油泵“手動/自動切換開關”切至“手動”位置，此時“冷卻器全停故障告警”信號沒有出現。至此，1號主變A相冷卻器運行恢復正常。

2.4 電源監視繼電器KJ4非正常失勵原因

通過前面的分析可以認定，本次異常的根本原因在于風扇電源監視繼電器KJ4非正常失勵。然而在整個定期切換過程中,該站所用電均維持在合格水平,不存在因冷卻器電源電壓越限引發KJ4繼電器非正常失勵的可能。那到底是什么原因使得KJ4繼電器非正常失勵。當值人員查看了1號主變“風扇故障告警”信號出現的時間，該時間與定期切換操作過程中操作風扇“手動/自動切換開關”的時間接近，當值人員懷疑是操作風扇“手動/自動切換開關”的過程中使得KJ4非正常失勵。但鑒于1號主變自2008年11月投產至今，在以往的定期切換過程中操作該切換開關時從未出現該現象，所以這一懷疑沒有太多的合理性，KJ4的本次非正常失勵應該僅僅是個偶然現象。

次日凌晨，氣溫相對較低，主變負荷相對減少。為消除這一懷疑，當值人員決定試操作1號主變A相風扇“手動/自動切換開關”進行驗證。在多次操作該切換開關的過程中，均觸發監控后臺“1號主變風扇故障告警”信號，隨即復歸，然而KJ4繼電器并沒有出現非正常失勵現象。這雖然排除了操作風扇“手動/自動切換開關”過程使得KJ4非正常失勵的懷疑，卻又帶來了新的困惑。

2.5 操作風扇切換開關出現故障告警的原因分析

瞬發性的“1號主變風扇故障告警”信號在該站的日常運行工作是一個經常性的誤發信號，其原因可歸結為風扇由停轉到運轉過程中，由于交流接觸器KF的輔助接點與電源監視繼電器KJ4的接點動作時間配合不當引起。這類現象在電氣二次回路的設計上是應當避免的。但如設計不當，這種接點競爭現象還是存在的。典型的例子是開關分合閘過程中出現的瞬發性控制回路斷線信號。而在運行層面上，這類現象較少作為異常情況來處理。

然而，瞬發性的“1號主變風扇故障告警”信號是在風扇由停轉至運轉過程中才會出現的。但是本次操作之前，風扇已處運行狀態，這與日常運行工作中發生“1號主變風扇故障告警”信號不同。

為找出本次“1號主變風扇故障告警”信號出現的原因，當值人員結合現場檢查再次通過圖紙找到了答案。圖4所示為風扇啟動回路。

圖4 風扇啟動回路

現場檢查油溫約49 ℃，油溫控制繼電器K4(油溫大于40 ℃時勵磁，小于40 ℃時失勵)勵磁，繼電器K1(油溫大于50 ℃時勵磁、小于50 ℃時失勵)失勵，負荷監視繼電器KC1失勵。可見，試操作1號主變A相風扇“手動/自動切換開關”前，風扇運行是由于K1X繼電器自保持所致(自保持作用是需要風扇持續運轉使得油溫降低到40 ℃)。所以，在將該切換開關從“自動”切換至“手動”位置后，相當于手動解除了K1X的自保持，若再將該切換開關切換至“自動”位置后，風扇將停止運轉。而后將1號主變風扇“手動/自動切換開關”切至“手動”位置使風扇投入運轉時，瞬發性的“1號主變風扇故障告警”信號，就如同日常運行中風扇自動啟動時一樣，因相關繼電器的輔助觸點動作時間配合不當，往往成為必然。

3 防范措施

該站本次冷卻器定期切換過程中，KJ4繼電器不明原因的非正常失勵，恰好處于當時特定的油溫、負荷情況下(這種情況下，風扇運轉，油泵不運轉)，因此觸發了冷卻器全停告警信號。又由于冷卻器全停告警信號發生在高溫、高負荷的情況下，且發生在運行人員定期切換操作過程中(該操作過程中，信息量大，異常信號的發現、判別尤為困難)，這給當天的運行值班工作增添了巨大的風險。所幸當天的運行人員及時發現了這一異常，并迅速、有效地進行了處理，避免了一起潛在的主變跳閘事故。

引起本次冷卻器全停異常的根本原因在于三相保護繼電器KJ4的非正常失勵。從運行層面看，即使在冷卻器電源電壓越限的情況下，若冷卻器承受不合格電壓而仍處運行狀態，此時觸發冷卻器故障信號，并不合理。何況變電站對站用電的合格范圍有嚴格限制，對站用電越限有完善的自動調節及監視手段，若冷卻器電源電壓越限，監控系統會在第一時間發出告警信號，并予以調節。所以，冷卻器的電源監視繼電器采用三相保護繼電器，與采用常規繼電器相比，實際意義不大。而此類繼電器各種情況下的非正常失勵帶來的冷卻器故障及冷卻器全停告警信號，除給運行人員進行異常判斷帶來困擾之外，更有可能威脅主變壓器的安全穩定運行。鑒于以上分析，要有效防止這一異常現象的發生，建議采取如下措施。

(1)針對KJ4繼電器不明原因的非正常失勵現象，運行單位應及時更換該繼電器。

(2)加強運行監視，統計該類繼電器誤動作的情況，必要時可考慮將該類繼電器更換為常規的電源監視繼電器。

(3)今后選用同類型的新變壓器時，應要求供貨商采用可靠性高的電源監視繼電器。

(4)對于由接點競爭引起的瞬發性主變風扇故障告警信號，可采取加裝延時繼電器等方法予以消除，以免干擾正常監控信息。