一起強油循環風冷變壓器的冷卻回路故障分析

安 勇，劉雪寒，趙劍鋒

(廣元電業局，四川 廣元 628000)

昭化變電站是廣元地區首座500 kV變電站，該站一期工程于2010年12月投運，共有2臺分相式強油循環風冷變壓器，容量共計1 500 MVA。在一期工程的設備全部安裝竣工后，由運行和檢修人員進行全面的設備驗收。當驗收變壓器風冷系統時，發現1號變壓器C相本體只能同時運行2臺冷卻器，而第3臺冷卻器啟動時會導致油泵熱繼電器動作跳閘。根據故障現象，對風冷控制回路進行多方檢查，均未找出故障原因；后經綜合分析，判斷并證實故障原因出自油路系統。

1 故障經過

1號變壓器每一相本體均有3臺冷卻器，每臺冷卻器由1只油泵(MB1)和3只風扇(MF11～13)組成。油泵和風扇電機均設有過負荷、短路及斷相運行保護功能。每臺冷卻器可通過切換開關(SC1)在“運行”、“輔助”、“備用”、“停止”狀態間切換。冷卻器的“輔助”狀態是當變壓器頂層油溫和負荷電流達到規定值時，自動啟動尚未投入運行的輔助冷卻器。而“備用”狀態則是當運行中的冷卻器發生故障時，自動啟動備用冷卻器。

運行人員和檢修人員按設備驗收卡分別對1號變壓器A相、B相的3臺冷卻器進行啟動、停止、輔助以及備用狀態的測試。測試結果表明A相、B相的3臺冷卻器均能實現設計的邏輯功能。

接著，對1號變壓器C相的3臺冷卻器進行測試驗收。將1號變壓器C相的1，2號冷卻器的切換開關依次切至“工作”時，冷卻器均運行正常。將3號冷卻器的切換開關切至“工作”時，3號冷卻器風扇能啟動運轉，但其油泵在啟動 1～2 s后熱繼電器(KH11)動作，使油泵電源接觸器(KM1)脫扣失電，并通過中間繼電器(K21)常閉接點發出“工作冷卻器故障”的信號。復歸熱繼電器后，用鉗形電流表卡在3號冷卻器油泵的A相電源進線上，重新投入3號冷卻器，鉗形電流表顯示電流為12 A，超過熱繼電器4.5 A的整定值，熱繼電器再次動作。

由于是設備安裝后的竣工驗收，初步判斷是油泵電機回路發生短路或電機轉子卡塞而導致電流較大。將1，2號冷卻器停止運行，用兆歐表測量3號冷卻器油泵電機回路的相間及對地絕緣，均達到10 MΩ以上，符合運行規定。排除了油泵電機回路有短路情況后，再次投入3號冷卻器，準備試聽油泵電機的聲音，但油泵和風扇均正常運轉，也排除了電機有卡塞的情況。

驗收人員重新對設備進行驗收。依次啟動1，2號冷卻器后，再啟動3號冷卻器，故障依然存在。單獨啟動3號冷卻器時，3號冷卻器又能正常運行。經分析，認為3臺冷卻器不能同時啟動，于是啟動2，3號冷卻器，運行正常；再啟動1號冷卻器時，出現了同樣的故障現象。驗收人員又嘗試在啟動1，3號冷卻器后啟動2號冷卻器，2號冷卻器出現同樣的故障現象。試驗證實3臺冷卻器不能同時啟動。

雖然新安裝的設備可能會存在風冷控制回路接線錯誤，但不應該發生此種故障現象。驗收人員立即對整個風冷控制回路的二次接線進行檢查，未發現有明顯的錯誤。經過對風冷控制回路的深入分析，認為冷卻器進出油閥門可能處于半開位置，當3臺冷卻器一起運轉時，每臺冷卻器油泵獲得的油量較少，使油流繼電器(KO1)不能動作，發出“工作冷卻器故障”的信號。驗收人員當即對冷卻器的各閥門進行檢查，發現冷卻器頂部與變壓器本體聯接的2只蝶閥全部處于關閉位置。在打開這2只蝶閥后，再次投入3臺冷卻器，均運轉良好。

2 原因分析

1號變壓器使用強迫油循環風冷式冷卻器，型號為YFZL，由3臺冷卻器構成1組后與變壓器本體頂部和底部各通過2只蝶閥聯接，每臺冷卻器未直接與本體相聯接的閥門與油路管道相連，其結構如圖1所示。

正常情況下，冷卻器組頂部和底部與變壓器本體聯接的4只蝶閥全部打開時，可同時啟動3臺冷卻器，其油流走向如圖1所示。變壓器本體頂部的熱油經過冷卻器降溫后，再注入變壓器本體底部，從而將變壓器繞組內部的熱量帶出來，起到散熱的作用。

圖1 正常情況下啟動3臺冷卻器油流示意

在此次故障中，頂部的2只蝶閥全部關閉，若同時啟動2臺冷卻器，其油流走向將如圖2所示，即2臺冷卻器的油流全部經第3臺冷卻器的反向油路形成循環通道。若此時再啟動第3臺冷卻器，因其油路中已有極大的反向油流，故該冷卻器油泵電機要克服極大的力矩，必然會造成油泵電機過負荷，熱繼電器動作，導致油泵電機接觸器失電脫扣。

3 暴露問題

(1)驗收人員對強油循環風冷變壓器的冷卻器工作原理認識不夠，忽略了冷卻器既有電路又有油路的特點，故障發生時，片面地從電路方面查找原因，延誤了故障處理時間。

圖2 關閉2只蝶閥情況下啟動2臺冷卻器油流示意

(2)設備檢查不到位，沒有及時發現冷卻器頂部的2只蝶閥已全部關閉。若此次驗收未發現該問題，設備投運時，強油循環風冷變壓器在50 %負荷下只需啟動1～2臺冷卻器，冷卻器能正常運轉;但此時油流只在冷卻器內部循環，不會進入變壓器本體內部循環。而強油循環風冷變壓器本身的散熱面很小，若沒有油流循環，將使內部與頂層變壓器油存在很大的溫差，即使內部溫度很高，頂層油溫也不會太高，相當于冷卻器全停，但卻不會有冷卻器全停的任何信號，反而造成一切正常的假象。如此持續運行會嚴重影響變壓器的使用壽命，甚至引發嚴重事故。

4 防范措施

(1)檢修和運行人員應繼續加強技能培訓工作，特別是加強對變壓器風冷控制回路的掌握，提高排除故障的能力。

(2)進一步加強對檢修和運行人員的責任心教育。舉一反三，吸取教訓，重新完善設備驗收卡等技術措施，杜絕設備檢查不到位和設備驗收跳項、漏項，避免此類事故再次發生。