特高壓荊門(mén)站變壓器冷卻器全停分析及改進(jìn)措施

張 勇

隨著我國(guó)電網(wǎng)的快速發(fā)展，超特高壓變壓器的容量也在不斷增加，對(duì)于樞紐變電站而言，變壓器是電網(wǎng)的核心設(shè)備，其冷卻系統(tǒng)能否正常工作直接關(guān)系到變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行及使用壽命。冷卻系統(tǒng)的故障分為機(jī)械故障和電氣故障，機(jī)械故障包括風(fēng)扇電機(jī)和潛油泵本體的軸承繞組的損壞、風(fēng)扇葉片的變形等；電氣故障有電源消失、控制回路的元件損壞、接點(diǎn)接觸不良、接觸器線圈燒毀等。接觸器長(zhǎng)期通電運(yùn)行，極易導(dǎo)致接觸器線圈燒毀從而使控制回路短路，造成控制回路的跳閘，這也是變壓器冷卻系統(tǒng)常見(jiàn)故障之一。

1 變壓器冷卻器控制系統(tǒng)

1.1 PLC冷卻器控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)的變壓器冷卻器控制系統(tǒng)主要采用繼電器和接觸器方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，導(dǎo)致接線復(fù)雜、可靠性低、不便維護(hù)。隨著計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，PLC編程簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，其在工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。PLC應(yīng)用在變壓器的冷卻器控制系統(tǒng)，取代了傳統(tǒng)的繼電器簡(jiǎn)單邏輯控制，簡(jiǎn)化了二次回路接線，能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜靈活的控制方式。PLC依據(jù)變壓器油面溫度、繞組溫度、負(fù)載率進(jìn)行相應(yīng)冷卻器組數(shù)的投切，其原理如圖1所示。

圖1 PLC冷卻器控制系統(tǒng)

PLC主要由輸入模塊、CPU、輸出模塊組成；當(dāng)油面或繞組溫度計(jì)達(dá)到相應(yīng)的溫度時(shí)，POP1的11—14或PW1的21—24接點(diǎn)閉合，CPU按照相應(yīng)的接點(diǎn)輸入和測(cè)得的負(fù)荷電流進(jìn)行邏輯運(yùn)算，輸出部分接入冷卻器控制回路，實(shí)現(xiàn)對(duì)冷卻器的控制；K01為油流繼電器的輔助觸點(diǎn)，當(dāng)冷卻器運(yùn)行時(shí)，油流速度達(dá)到設(shè)定值，接點(diǎn)11—14閉合；PLC電源作為PLC的工作電源，一般為直流24V，負(fù)載電源由負(fù)載回路所需的電源提供。

1.2 冷卻器控制回路分析

1000kV荊門(mén)特高壓站變壓器采用三相分體結(jié)構(gòu)，冷卻系統(tǒng)采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷方式，每相冷卻系統(tǒng)配備八組冷卻器，每組冷卻器包括3臺(tái)風(fēng)機(jī)和一臺(tái)潛油泵，冷卻器控制回路原理（以#1主變B相第八組冷卻器為例）如圖2所示。

圖2 冷卻器控制回路

由圖2可知，電源Ⅰ、電源Ⅱ來(lái)自站用電兩條獨(dú)立的 400V母線，經(jīng)過(guò)電源切換回路，作為冷卻器系統(tǒng)主回路和控制回路的電源，電源Ⅰ和電源Ⅱ互為備用電源，電源Ⅰ作為工作電源、電源Ⅱ作為備用電源，當(dāng)工作電源故障時(shí)，自動(dòng)切至備用電源，工作電源恢復(fù)后自動(dòng)切回工作電源，保證了供電的可靠性；Q6為冷卻器控制回路電源空開(kāi)，8QB、8QF1、8QF2、8QF3分別為冷卻器主回路的油泵電機(jī)電源空開(kāi)和風(fēng)機(jī)電源空開(kāi)，13—14接點(diǎn)為相應(yīng)空開(kāi)的輔助觸點(diǎn)，S8為自動(dòng)手動(dòng)切換把手，正常運(yùn)行時(shí)空開(kāi)全部合上，S8把手打至自動(dòng)狀態(tài)，S8的7—14接點(diǎn)斷開(kāi)；PLC輸出使得控制回路導(dǎo)通，接觸器8KMB、8KMF1、8KMF2、8KMF3得電，主回路相應(yīng)的常開(kāi)輔助觸點(diǎn)閉合，潛油泵和風(fēng)機(jī)得電運(yùn)行。

2 事件情況

2.1 事件經(jīng)過(guò)

2017年6月26日，荊門(mén)站監(jiān)控系統(tǒng)后臺(tái)報(bào)“#1主變B相冷卻器交流控制電源故障”和“#1主變B相冷卻器退出異常告警”信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)檢查#1主變B相冷卻器全停，打開(kāi)#1主變B相冷卻器控制柜發(fā)現(xiàn)“Q6冷卻器控制電源”空開(kāi)跳閘，潛油泵接觸器8KMB冒煙燒壞，運(yùn)維人員斷開(kāi)第八組冷卻器主回路空開(kāi)，合上Q6后，冷卻器恢復(fù)正常運(yùn)行。

2.2 事件分析

如圖1所示，在潛油泵接觸器8KMB線圈短路后，由于8QB空開(kāi)處于投入狀態(tài)，其13、14號(hào)輔助點(diǎn)仍處于接通狀態(tài)，短路電流流經(jīng)冷卻器的控制電源空開(kāi)Q6，導(dǎo)致Q6跳閘，而B(niǎo)相的所有八組冷卻器均作為Q6的負(fù)載，Q6空開(kāi)跳開(kāi)不能為冷卻器控制回路提供電源，導(dǎo)致B相冷卻器全停。根據(jù)電力變壓器運(yùn)行規(guī)程：①冷卻系統(tǒng)故障切除全部冷卻器時(shí)，運(yùn)行持續(xù)時(shí)間不超過(guò) 60min，帶額定負(fù)荷運(yùn)行不允許超過(guò) 30min；②在當(dāng)油溫或繞組溫度報(bào)警后，持續(xù)運(yùn)行時(shí)間不得超過(guò)20min。若運(yùn)檢人員處理不及時(shí)，則容易對(duì)變壓器的絕緣造成損害，影響變壓器的使用壽命，對(duì)于冷卻器全停投跳閘的變電站，冷卻器全停會(huì)導(dǎo)致變壓器跳閘，降低供電的可靠性。

3 改進(jìn)措施

3.1 PC級(jí)ATSE及切換回路原理

ATSE即雙電源自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，其作用是將一個(gè)或多個(gè)負(fù)載電路從一路電源轉(zhuǎn)換至另一路電源，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)重要負(fù)載的連續(xù)供電，其主要分為兩個(gè)級(jí)別：PC級(jí)和CB級(jí)。PC級(jí)ATSE：只具備雙電源切換功能，不能夠開(kāi)斷短路電流；CB級(jí)ATSE：既能夠?qū)崿F(xiàn)雙電源切換，又可開(kāi)斷短路電流。PC級(jí)ATSE可靠性高于CB級(jí)ATSE，現(xiàn)PC級(jí)ATSE已發(fā)展至一體式自動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，該類(lèi)開(kāi)關(guān)體積小結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)失壓、欠壓、斷相保護(hù)等功能，且產(chǎn)品可靠性高，切換時(shí)間短。PC級(jí)ATSE切換原理如圖3所示。

圖3 PC級(jí)ATSE切換回路原理

由圖3可知，電源Ⅰ作為主電源，電源Ⅱ作為備用電源，正常情況下K1閉合、K2斷開(kāi)、K3閉合，若電源Ⅰ發(fā)生故障或消失，則 PC級(jí) ATSE檢測(cè)到A1-N1無(wú)電壓，控制器動(dòng)作使K1斷開(kāi)、K2閉合，負(fù)載由電源Ⅱ供電，實(shí)現(xiàn)了對(duì)負(fù)載的連續(xù)供電。若負(fù)載短路或者過(guò)載導(dǎo)致K3跳閘，則ATSE不進(jìn)行切換。

3.2 改進(jìn)回路

第1—7組冷卻器控制回路接線不變，選取第八組冷卻器做為備用冷卻器，將PC級(jí)ATSE和熔斷器應(yīng)用于冷卻器控制回路如圖4所示。

圖4 改進(jìn)的冷卻器控制回路

由圖 4可知，正常運(yùn)行時(shí)，Q6、K1閉合，冷卻器的投入依據(jù)PLC程序采集到的變壓器溫度和負(fù)荷進(jìn)行自動(dòng)投切。當(dāng)1—7組冷卻器控制回路的接觸器線圈短路導(dǎo)致Q6跳閘，1—7組冷卻器控制回路電源消失，ATSE檢測(cè)到A1-N1無(wú)電壓，控制器將使得 K2閉合，非故障冷卻器為第八組冷卻器，此時(shí)第八組冷卻器控制回路電源經(jīng)K2供電，同時(shí)Q6的輔助觸點(diǎn)接入PLC輸入模塊，程序判定Q6跳閘，PLC輸出使第八組冷卻器控制回路導(dǎo)通，第八組冷卻器能夠正常運(yùn)行，避免了Q6跳閘導(dǎo)致全部8組冷卻器控制回路電源失電。正常運(yùn)行中，若第八組冷卻器控制回路線圈短路，則FU熔斷，此時(shí)ATSE不進(jìn)行電源切換，K2處于斷開(kāi)狀態(tài)，而1—7組冷卻器控制回路不受影響仍能正常工作，此時(shí)PLC依據(jù) FU熔斷器的輔助觸點(diǎn)動(dòng)作，進(jìn)入相應(yīng)的子程序?qū)崿F(xiàn)1—7組冷卻器自動(dòng)投切。

對(duì)于1—7組冷卻器的控制回路，不必在每組控制路里裝設(shè)熔斷器和 ATSE，否則使得二次接線復(fù)雜，設(shè)備成本增加，不便運(yùn)行維護(hù)。裝設(shè)熔斷器和PC級(jí)ATSE的數(shù)量根據(jù)變電站正常運(yùn)行時(shí)變壓器需要投入的冷卻器組數(shù)而定，由于荊門(mén)站正常運(yùn)行時(shí)變壓器負(fù)荷較小，每相變壓器運(yùn)行的冷卻器組數(shù)為一臺(tái)，因此只需安裝一臺(tái)PC級(jí)ATSE和熔斷器作為備用冷卻器的電源切換回路（已能滿足實(shí)際的需求）。

4 結(jié)論

本文將PC級(jí)ATSE和熔斷器配合應(yīng)用于變壓器冷卻器的控制回路，改進(jìn)回路簡(jiǎn)單可靠，當(dāng)有接觸器線圈燒毀導(dǎo)致冷卻器停止運(yùn)行時(shí)，改進(jìn)回路能自動(dòng)切換至備用冷卻器而不會(huì)出現(xiàn)冷卻器全停，冷卻器控制回路故障時(shí)至少有一組冷卻器仍能正常運(yùn)行，同時(shí)也為運(yùn)維人員查找處理故障提供了足夠的時(shí)間，保證了變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

[1] 張晨冬. PLC在變壓器冷卻裝置中的應(yīng)用[J]. 湖南有色金屬, 2010, 26(2)： 51-55.

[2] 楊懷林. 基于 PLC和變頻器的礦井提升機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電氣技術(shù), 2017, 18(5)： 121-123, 128.

[3] 黃麗晶. 基于 PLC的電梯控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析[J]. 電氣技術(shù), 2016, 17(11)： 125-132.

[4] 吳正偉, 李永靈, 胡桂平. 智能風(fēng)冷控制裝置在數(shù)字化變電站中的應(yīng)用研究[J]. 電氣技術(shù), 2013,14(11)： 63-65.

[5] 劉天明. 一次變壓器工程事故的理論解讀和反思[J].電氣技術(shù), 2015, 16(5)： 128-130, 138.

[6] 蘇陳云. 特高壓變壓器保護(hù)調(diào)試分析[J]. 電氣技術(shù),2013, 14(8)： 40-42, 47.

[7] 曲德剛, 栗惠, 邵民杰. CB級(jí)ATSE應(yīng)用技術(shù)分析[J].建筑電氣, 2007, 26(6)： 3-5.

[8] 姬寧, 黃民德, 郭啟明. PC級(jí)和CB級(jí)ATSE在建筑電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 天津城市建設(shè)學(xué)院學(xué)報(bào),2011, 17(1)： 67-70.

[9] 吳雷鋒, 尹立新, 王凱, 等. 500kV變壓器 XKWFP-16型冷卻器控制回路改進(jìn)方法探討[J]. 電力學(xué)報(bào),2013, 28(3)： 219-226.

[10] 袁成斌, 陳注君, 武賢萍. 750kV變壓器冷卻器原理分析及回路改進(jìn)[J]. 電工技術(shù), 2012(8)： 31-33.

[11] 程曉東, 顧黎明, 周晨. 智能變壓器冷卻器控制系統(tǒng)的應(yīng)用[J]. 浙江電力, 2010, 29(8)： 9-11.