核電廠主變壓器冷卻系統運行可靠性提升及改進實施

張瑞斌，宋文修，吳南鵬

（大亞灣核電運營管理有限責任公司，廣東 深圳518124）

1 引言

電力變壓器是核電廠安全生產的重要系統，負責將電能輸出至電網系統，實現電能的傳遞。變壓器在正常運行時，其自身產生的熱量，通過變壓器油的冷卻循環，經散熱器組釋放到外界，維持變壓器本體的運行溫度在一個良好水平。

為了保證變壓器的安全運行，要隨時檢測變壓器的油溫并由冷卻控制裝置使其維持在一個固定的范圍內[1]。冷卻系統中存在的各種潛在不利因素嚴重影響著變壓器的安全穩定運行，如果由于某種原因導致冷卻裝置運行異常，會引起變壓器失去冷卻，超過一定的時間時需停機處理。

2 情況介紹

從2012年開始，某核電廠主變壓器冷卻系統陸續出現多起單列冷卻組異常停運、主變B相冷卻系統全部失去事件，嚴重影響主變壓器的安全穩定運行。

2.1 回路端子故障

主控出現冷卻器故障報警，現操檢查發現101AR內有焦糊味，將主變A相冷卻模式由“模式V”恢復至“模式IV”,報警消失；現場檢查131XS動作斷開，下游回路131BN端子接線端子發生短路，103RF不可用。

2.2 熱偶繼電器動作斷開

主控出現冷卻器故障報警，現場檢查104RF故障燈亮，按操作單投運備運列冷卻器，報警消失；檢查141XS動作斷開，104RF不可用。

2.3 熱繼電器開路

主控觸發主變C相故障報警，現場檢查發現301RF故障停運；檢查314XS動作斷開，電阻為10歐姆（正常小于0.1歐姆），301RF不可用。

2.4 冷卻電源停運

主控出現冷卻器全停報警，現場檢查主變B相冷卻風扇/油泵全部停運，現場將冷卻電源由Ⅱ路切換至Ⅰ路后，主變B相四組冷卻風扇和油泵啟動,期間主變B相繞組溫度由76℃上漲至95℃；主變B相冷卻風扇和油泵啟動后，繞組溫度開始緩慢下降。隨后現場確認為003FUB/C相保險動作斷開，主變B相冷卻電源短時失去。

3 原因分析

進一步對冷卻系統運行現狀進行多次跟蹤分析，定位故障原因主要在以下幾個方面：

3.1 冷卻系統控制回路運行環境溫度偏高

現場檢查發現，用于控制冷卻系統的電氣部件運行平均環境溫度超過40℃，影響控制回路正常運行。

3.2 冷卻系統控制系統振動量偏大

為核實振動量對冷卻系統的影響，選取一組熱繼電器進行模擬試驗，發現定值設置在5.5A及以上時，振動因素會引起熱繼電器跳閘。

表1 熱繼電器在振動因素下動作情況

控制柜體側掛于主變壓器本體側，變壓器運行期間正常振動量直接傳遞至控制柜體，這一振動量作用于控制回路電氣元部件，使其誤動作跳閘。

3.3 冷卻風機熱繼電器自身熱量無法散出

用于保護冷卻風機的熱繼電器在正常運行期間，自身就有很大的發熱量，對比現場檢查，同類型的四個熱繼電器非常緊密地貼合在一起，四個部件疊加在一起，又加重了熱量的聚集，在自身熱量因素下疊加其他部件的熱量聚集，導致部件周圍長期聚集有很多的熱量，這對元器件的可靠運行造成了很大的隱患。通過紅外成像檢查發現，熱繼電器長期運行溫度處于55℃以上。

3.4 冷卻回路接線及端子存在變色等性能下降趨勢

設備運行長久后，控制系統動力回路等接線及端子存在變色等性能下降趨勢，疊加較高的環境溫度，很易發生回路接線異常導致冷卻系統不可用情況。

4 提升及改進

4.1 解決柜體整體運行溫度高的問題

原始設計加熱器長期處于投運狀態，電氣部件運行平均環境溫度超過40℃，冷卻裝置與線圈之間的熱交換面積小，無法實現良好的散熱冷卻效果[2]。新的設計方案中對冷卻系統控制柜體加熱模式進行優化，分析論證后對原有的長期加熱方式進行修正，在加熱回路中增加了溫濕度控制節點，不影響柜體防潮功能的前提下，實現柜體溫度有效控制。

4.2 解決控制柜體運行振動高的問題

主變壓器運行期間本體的振動客觀存在，雖然可以通過加裝緩沖墊的方式緩解，但始終不能保證振動量不進行傳遞。如何在變壓器運行期間，消除其振動量的傳遞，是解決這一問題的關鍵。因此，在設計時使用橫向平移替代柜體整體換型，在原有柜體底部靠近側方加裝支持鋼架，再局部吊起柜體下移。這樣一來，控制柜體原有的所有電力電纜不用進行大范圍的移位或更換，無論電纜初始是不是留有裕度，都能得以解決，使柜體始終在一個小的范圍內進行轉移，也保證其柜內元器件的平穩過渡。

使用新的固定支架后，如何使柜體在風力作用下特別是臺風季節不會晃動，又成了新的問題；原來的支架在垂直方向進行支撐，無法對橫向進行拉伸固定。因此，在水平方向上也對柜體的固定進行了改進，左右各使用兩套橫向固定拉桿，在防火墻上設置固定錨點，對橫向拉桿進行拉伸固定，解決了橫向受力的問題。

4.3 解決熱繼電器散熱難問題

變壓器冷卻裝置用交流繼電器作為其關鍵部件，它的可靠性直接關系到整個冷卻系統的可靠性[3]。如何不受其他部件熱量的影響成了解決這一問題需考量的因素，現場安裝空間確實狹小，對熱繼電器進行拆分安裝的方式是不可行的。經過詳細的論證分析，拆除熱繼電器格柵上的蓋板，同時使用跨接母排的方案，將熱繼電器初始并接線用跨接母排進行替換，在目排設計上留有6～8mm的間距，不僅解決了部件散熱難的問題，也減少了該部位的大量電纜接線。

4.4 冷卻動力電纜增容

完成變壓器控制柜冷卻器回路接線鼻子整體更換、接線及固定情況普查，消除端子接觸不良等因素。使用4mm的線纜更換了原有接線，同時采用接觸面更大的插口接線鼻子，保證了回路的良好接觸。

5 改進實施效果

以上的改進措施先行在2號機組主變上進行應用，在進行以上的一系列技術改進后，測量主變壓器冷卻控制柜體內平均溫度整體降低約10℃；風冷控制及保護回路元器件運行溫度降低約15℃；在之后的一個運行周期內未發生主變冷卻系統異常事件。該項目成果也已全部推廣至2號機主變冷卻裝置回路可靠性提升應用，后續擬推廣基地內外變壓器上進行應用。

6 結語

綜合對比發現，國內外變壓器組冷卻裝置的設計較多處于功能性設計面，往往現場實際使用過程中會發現存在不足，用戶對設備的運行環境和工況是最清楚的，需結合實際情況進行改進，以提高設備運行可靠性。

通過對一種提升變壓器冷卻回路可靠性方法進行研究分析，結合現場實際情況，對比、分析并設計出一種更適應于核電廠變壓器可靠性提升的系統性方法，在不斷的分析和論證中將方法加入到實施現場，并通過考驗。在很大程度上消除了各種外在和系統本身的不確定因素對可靠性的影響，較好地提升了變壓器冷卻裝置運行可靠性，為變壓器的可靠運行提供了有力保障。