主變冷卻控制系統PLC程序的完善

張 偉，金文俊，陳熙平，曹 鋼

(錦屏水力發電廠，四川 西昌 615000)

錦屏水力發電廠包括錦屏一級、二級水電站，總裝機容量840 萬kW，是雅礱江流域中下游開發的龍頭電站。電站以500 kV 電壓等級接入電力系統。其中錦屏二級水電站于2012-12-31 并網發電。

1 機組調試及運行期間的問題

1.1 水流低導致冷卻器全停

2012-10-29，錦屏二級水電站對1 號發電機帶主變、廠高變及開關站GIS 高壓配電裝置進行升壓試驗。當機組開機至額定轉速，帶GIS 第2 串進行升流試驗時， 1 號發變組非電量保護柜報“主變冷卻器全停跳閘”信號。對現場進行檢查，發現1號主變A、B、C 三相4 臺冷卻器均停運，盤柜控制面板上冷卻器“故障”、“備用冷卻器投入”、“備用冷卻器故障”、“油流中斷”等指示燈點亮。檢查發現，A、B、C 三相所有冷卻器水的流量均正常，控制盤柜內空氣開關均無跳閘。運行人員將主用冷卻器控制把手SA5 切至“手動”啟動正常后，再切至“程控”位置，主用油泵自動啟動運行正常，依次操作A、B、C 三相冷卻器油泵后，均運行正常。

錦屏二級水電站在1，2 號主變多次報出冷卻器全停信號后，根據監控系統報警及現地報警指示燈，判定故障由冷卻水流量異常而引起。在計算機后臺取得1，2 號主變在不同運行方式下的水壓、水流量等相關數據，如表1 所示。

表1 1，2 號主變冷卻水水壓、流量

1，2 號主變冷卻器系統采用同樣的配置，在負載情況下對其進行分析，1 號主變三相冷卻水流量均小于2 號主變，進口水壓均大于2 號主變冷卻器，其水壓、水流量均較為平衡。經現場檢查發現，1 號機組技術供水管路濾水器有輕微堵塞，因此水流量要略小于2 號主變。

每臺冷卻器水管路均安裝1 個瑞典ElettaV1-FSS 65 型水流計，該流量計刻度為×9.6 m3/h，即其流量低定值最小可調為9.6 m3/h。通過表1 中的數據可以看出，主變在負載運行時，技術供水泵提供的水流量平均為128/4=27 m3/h，大于水流量低定值，即可以正常運行；主變在空載運行時，每臺冷卻器空載冷卻水水流量平均為22/4=5.5 m3/h，小于水流量低定值，則流量信號不能送至冷卻器PLC 控制系統。“空載”狀態下4 臺冷卻器均因“水流中斷信號”依次被切除后報“冷卻器全停報警”信號。

1.2 水流恢復正常后冷卻器不能自動運行

2013-01-12，保護班人員巡檢時發現，2 號主變B 相冷卻柜控制面板上4 號冷卻油泵“故障”，3 號冷卻油泵“運行”、“備用泵啟動”、“水流中斷”、“油流中斷”指示燈點亮。檢查冷卻系統水流情況如表2 所示。

經過分析與討論認為，4 號冷卻油泵故障的原因是“水流中斷”，該“水流中斷”有2 種可能：一是冷卻水管路堵塞，二是4 號水流計損壞。分析水流計讀數發現，總水流流量約為1～3 號冷卻泵的水流流量之和，故認為第1 種可能性較大。拆下濾網檢查，發現濾網堵塞情況比較嚴重。對濾網進行清洗后回裝，開啟4 號水流計表前閥和表后閥，4 號水流計水壓顯示正常，“水流中斷”燈立刻熄滅，但“油流故障”、4 號冷卻水泵“故障”指示燈并未熄滅。手動將4 號油泵切至“停止”后，“備用泵啟動”、“水流中斷”、“油流中斷”、4號冷卻油泵“故障”指示燈均熄滅，3 號冷卻油泵停止運行。再將4 號冷卻油泵切至“程控”位置，10 s 后，4 號油泵自動啟動。

表2 冷卻系統水流計讀數情況m3/h

當機組開機令給出后，機組技術供水泵啟動，冷卻器“水流中斷”信號復歸，冷卻器油泵應當自動啟動，但油泵卻沒有自啟動。在“冷卻器全停報警”信號給出1 h 后，報出“冷卻器全停跳閘”信號。經過檢查現場與PLC 程序，確定原因為冷卻器因“水流中斷”被切除后又報出“油流中斷”信號，在水流恢復正常后，“油流中斷”信號阻止了冷卻器再次的啟動。

2 PLC 程序的修改和完善

根據主變廠家試驗報告，該水電站單相變壓器空載運行時，空載損耗小于85 kW。在單個冷卻器的水流量不小于5 m3/h，冷卻器進水口溫度不變的情況下，單個冷卻器的冷卻容量為110 kW。通過需要的冷卻器臺數如下：

可見，每臺單相變啟動1 個冷卻器即可滿足變壓器正常空載工況下長期運行的要求。而且在PLC 程序設定上，若此時有其他因素導致變壓器油溫升高，水冷卻器控制系統將按油面溫度啟/停其輔助冷卻器，確保變壓器本體的散熱。

因此，針對冷卻器水流量偏低引起水流量計報警問題，可以在變壓器空載工況下對水流報警作特殊處理。即從監控系統引入一對主變空載信號接點(KZ 信號接點)至主變冷卻器控制系統，當主變空載運行時，PLC 接收該開入信號，不再判定“水流中斷”。

同時，技術供水泵及空載泵控制盤柜中也通過PLC程序設定：若主變空載泵出口流量低于65 m3/h，或三相中任一相冷卻水流量低于20 m3/h，則啟動備用空載泵。備用空載泵啟動后流量仍低于設定值時，則啟動機組技術供水泵，以確保主變在空載情況下，冷卻水流量能滿足空載損耗的冷卻要求。

同時，對“油流中斷”信號進行優化，原“油流中斷”只是根據油管路中的油流計接點進行判斷，在冷卻器由于“水流中斷”或其他故障原因被切除后，“油流中斷”信號仍然會報出，這將導致在“水流中斷”故障復歸后，“油流中斷”信號阻止油泵的自動啟動。因此，可以將“油流中斷”串入油泵運行接觸器KM 接點，即油泵在運行時才會進行油流判斷。

為了避免油泵切除后，“油流中斷”信號復歸又自動啟動，啟動后又報“油流中斷”，使油泵反復啟停。鑒于油流管路存在堵塞的可能性極小和油泵空氣開關本身具有的堵轉保護功能，“油流中斷”不再與“水流中斷、泄漏故障、電機故障”一樣啟動故障繼電器KP11，即油流中斷后不再切除油泵，但是會和其他故障一樣啟動備用冷卻器，這樣，在“油流中斷”后，就不會出現油泵被切除又再次啟動的問題。

3 結束語

由于控制系統程序配置的缺陷的原因，使得冷卻器全停后主變跳閘停電。錦屏二級水電站主變冷卻器控制系統PLC 程序經過改進，消除了1，2 號主變冷卻器控制程序上存在的重大隱患，保證了變壓器主設備的安全運行。程序升級后，該設備的運行狀況良好，沒有再發生冷卻器全停事件。

1 李 華，龐 榮．公伯峽電站4 號主變冷卻控制PLC 流程改進[J]．青海電力，2008(2).

2 黃錫斌．SIMATIC S7-300 PLC 在主變壓器冷卻控制系統中的應用[J]．華電技術，2009(10).