海南核電主變風(fēng)冷控制回路改進(jìn)

馮吉 龍笑

【摘?要】電力變壓器的可靠性對(duì)一個(gè)發(fā)電廠(chǎng)的安全運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行有著十分重要的意義。變壓器的風(fēng)冷系統(tǒng)是保障變壓器在一個(gè)安全的溫度范圍內(nèi)工作的輔助系統(tǒng)，根據(jù)變壓器溫度與壽命的8℃定則，繞組溫度每升高8℃，變壓器的使用壽命就縮短一半，如風(fēng)冷系統(tǒng)停運(yùn)則會(huì)造成變壓器溫度升高，絕緣老化加速、機(jī)組停運(yùn)、甚至變壓器本身燒毀等事故，威脅到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性。海南核電的主變壓器風(fēng)冷控制系統(tǒng)曾頻繁出現(xiàn)由于環(huán)境溫度過(guò)高，造成熱磁斷路器在正常運(yùn)行狀態(tài)下跳開(kāi)，相對(duì)應(yīng)的風(fēng)機(jī)停運(yùn)，冷卻器故障報(bào)警并投運(yùn)備用冷卻器的情況，對(duì)主變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行造成了極大的風(fēng)險(xiǎn)，本文講述了通過(guò)對(duì)海南核電主變壓器風(fēng)冷控制回路及風(fēng)冷控制箱的改進(jìn)，降低了主變風(fēng)冷系統(tǒng)的故障率，增強(qiáng)了其運(yùn)行的可靠性。

【關(guān)鍵詞】變壓器;風(fēng)冷系統(tǒng);熱磁斷路器

1.前言

我廠(chǎng)的主變壓器由特變電工衡陽(yáng)變壓器廠(chǎng)生產(chǎn)的單相變壓器，其型號(hào)為DFP-260000/220，冷卻方式為強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷。每臺(tái)主變的風(fēng)冷系統(tǒng)有四組，每組由三個(gè)風(fēng)機(jī)和一個(gè)油泵組成。

主變風(fēng)冷控制回路的邏輯由PLC模塊控制，內(nèi)置的邏輯為變壓器正常運(yùn)行時(shí)投運(yùn)兩組冷卻器，另外兩組一組輔助，一組備用，每隔15天切換一次運(yùn)行冷卻器。當(dāng)出現(xiàn)高溫信號(hào)或過(guò)負(fù)荷信號(hào)時(shí)投運(yùn)輔助冷卻器，高溫信號(hào)或過(guò)負(fù)荷信號(hào)消失，輔助冷卻器停止運(yùn)行;當(dāng)運(yùn)行冷卻器出現(xiàn)故障時(shí)投運(yùn)備用冷卻器。另外有四個(gè)變頻器分別在不同工況溫度下控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。

全部冷卻器因故障或其他情況退出運(yùn)行后，當(dāng)油面溫度尚未達(dá)到75℃時(shí)，60min后，發(fā)出風(fēng)冷全停跳閘信號(hào)，如油面溫度達(dá)到75℃，20min后，發(fā)出風(fēng)冷全停跳閘信號(hào)。

2.風(fēng)冷故障情況分析

海南核電主變壓器投運(yùn)以來(lái)多次出現(xiàn)風(fēng)冷故障報(bào)警的情況，現(xiàn)場(chǎng)核查情況為故障報(bào)警所對(duì)應(yīng)的一組冷卻器中有風(fēng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，根據(jù)PLC邏輯啟動(dòng)備用冷卻器;風(fēng)冷控制箱內(nèi)對(duì)應(yīng)停轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)的開(kāi)關(guān)跳開(kāi)，開(kāi)關(guān)為ABB生產(chǎn)的熱磁式斷路器，熱磁式斷路器的工作原理是過(guò)載或電流增大時(shí)，發(fā)熱元件使雙金屬片彎曲，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)斷開(kāi)斷路器，其特點(diǎn)是不受電壓波動(dòng)影響，壽命長(zhǎng)，可靠性相對(duì)較高，但動(dòng)作值誤差比較大，受環(huán)境影響較大。

可能造成此現(xiàn)象的可能性有以下幾種：

（1）風(fēng)機(jī)出現(xiàn)卡塞，造成電流增大。每次出現(xiàn)故障時(shí)未發(fā)現(xiàn)故障風(fēng)機(jī)出現(xiàn)卡塞等情況，且重新閉合斷路器后，故障停止風(fēng)機(jī)可正常運(yùn)行。此種可能性排除。

（2）風(fēng)機(jī)內(nèi)部絕緣問(wèn)題，造成運(yùn)行電流增大。對(duì)所有風(fēng)機(jī)的工作電流用鉗表進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果均在額定值4A左右，且很穩(wěn)定;測(cè)量風(fēng)機(jī)絕緣電阻也在正常的范圍呢。此種可能性排除。

（3）熱磁斷路器整定值過(guò)小。風(fēng)機(jī)正常運(yùn)行的額定電流為3.9A，按標(biāo)準(zhǔn)整定范圍應(yīng)在0.9～1.1倍額定電流的范圍內(nèi)，所有風(fēng)機(jī)均按最大整定電流值進(jìn)行調(diào)整后，熱磁斷路器正常情況下跳開(kāi)的情況還是時(shí)常出現(xiàn)。故此不是根本原因所在。

（3）環(huán)境溫度高，造成熱磁斷路器動(dòng)作。經(jīng)觀(guān)察，出現(xiàn)熱磁斷路器動(dòng)作的時(shí)間大多出現(xiàn)在5月份到7月份，且以中午、下午時(shí)刻為主，由于海南地處亞熱帶氣候地區(qū)，日曬強(qiáng)烈，環(huán)境溫度長(zhǎng)期維持在40℃左右，再加上風(fēng)冷控制箱內(nèi)部有一臺(tái)380V變220V控制變壓器和4臺(tái)變頻器，工作時(shí)散發(fā)大量熱量，使用點(diǎn)溫儀對(duì)主變風(fēng)冷控制箱內(nèi)溫度進(jìn)行測(cè)量，最高點(diǎn)溫度甚至接近70℃。所以可以基本判定，此故障的根本原因是由于熱磁斷路器工作環(huán)境溫度過(guò)高影響所致。

3.采取的改進(jìn)措施

經(jīng)過(guò)與變壓器廠(chǎng)家的溝通，以降低控制箱內(nèi)溫度為目的，并確保熱磁斷路器能有效的保證風(fēng)機(jī)運(yùn)行的可靠性，進(jìn)行了多種改進(jìn)方案的討論，最終決定對(duì)主變冷卻器控制箱及控制回路進(jìn)行如下幾點(diǎn)改進(jìn)：

（1）取消變頻器的使用。變頻器對(duì)主變冷卻起到的調(diào)節(jié)作用不大，可以直接跨過(guò)變頻器讓風(fēng)機(jī)始終在工頻狀態(tài)下運(yùn)行;變頻器本身是一個(gè)故障率很高的設(shè)備，對(duì)于主變壓器這種電廠(chǎng)的重要設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性及可靠性會(huì)造成很大影響。

（2）增強(qiáng)控制箱內(nèi)散熱能力。風(fēng)冷控制箱頂部有4個(gè)風(fēng)量300cfm的風(fēng)扇，由溫濕度控制器控制，在控制箱內(nèi)溫度超過(guò)45℃時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)4個(gè)風(fēng)扇，起到降溫的作用，現(xiàn)將4個(gè)風(fēng)量300cfm改為4個(gè)風(fēng)量800cfm的風(fēng)扇，排風(fēng)效果增強(qiáng)了近兩倍，可以有效的降低設(shè)備環(huán)境溫度。

（3）控制箱內(nèi)主要的發(fā)熱源是BK-4000VA控制變壓器，切控制變壓器的空間布置離風(fēng)機(jī)的熱磁斷路器距離過(guò)近，不僅增加了熱磁斷路器周邊的溫度，還對(duì)操作人員的人身安全有很大的威脅。于是方案決定去掉控制變壓器，將控制箱內(nèi)的元件間距作適當(dāng)調(diào)整。同時(shí)對(duì)電源進(jìn)線(xiàn)更改，將原本為三相三線(xiàn)制的AC380V控制箱總電源改為三相四線(xiàn)制的AC380電源接至主變

三相匯控箱，再采用（3×50+1×25）電力電纜ZR-VVR22-1kV將電源從三相匯控箱引至各相主變控制箱，在端子排上增加N1、N2兩個(gè)中性點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，這樣原本由控制變壓器變壓得到的220V控制電壓在改進(jìn)電源后可由從電源的相電壓直接取得。

主變風(fēng)冷控制箱及控制回路改進(jìn)后，其內(nèi)部的溫度得到了大幅下降，用點(diǎn)溫儀測(cè)得的最高點(diǎn)溫度僅為56℃，熱磁斷路器在正常情況下跳開(kāi)的情況再也沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)，從而證明之前對(duì)故障原因的判斷是準(zhǔn)確的，改進(jìn)方式是有效的。

4.其他解決方案的可行性分析

就我廠(chǎng)出現(xiàn)的這類(lèi)問(wèn)題，在其他電廠(chǎng)也有出現(xiàn)，但不同環(huán)境、不同條件下采取的解決辦法也不同，經(jīng)與其他電廠(chǎng)專(zhuān)業(yè)人員溝通了解，并對(duì)其解決方案進(jìn)行了可行性分析。

（1）風(fēng)冷控制箱增加空調(diào)

風(fēng)冷控制箱內(nèi)增加空調(diào)是最直接有效的降低控制箱內(nèi)溫度的辦法，針對(duì)此方案，有一個(gè)很重要的問(wèn)題，如果加裝了空調(diào)，控制箱內(nèi)的溫度會(huì)大幅度的下降，如上文所述，熱磁斷路器內(nèi)的雙金屬片在溫度達(dá)到跳開(kāi)限值時(shí)，由于空調(diào)的降溫作用，無(wú)法彎曲至跳開(kāi)斷路器的位置，即躲過(guò)了其整定值。出現(xiàn)這種情況，當(dāng)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)卡死等類(lèi)似故障時(shí)，熱磁斷路器無(wú)法可靠地保護(hù)風(fēng)機(jī)，可能會(huì)造成風(fēng)機(jī)燒毀甚至更嚴(yán)重的事故。

（2）根據(jù)環(huán)境溫度更改熱磁斷路器整定值

由于熱磁式斷路器受環(huán)境溫度影響較大，故其額定電流取決于給定的環(huán)境溫度，安裝在封閉式金屬外殼配電箱內(nèi)的斷路器，由于散熱產(chǎn)生的相互溫度影響，當(dāng)帶上正常負(fù)荷時(shí)，斷路器的整定電流應(yīng)乘以一個(gè)由溫度環(huán)境決定的對(duì)應(yīng)系數(shù)，如圖三所示。如額定電流為4A時(shí)，熱磁斷路器在環(huán)境溫度為60℃時(shí)，應(yīng)設(shè)置整定溫度為4*4/3.52=4.5A。此種辦法雖能有效的解決此類(lèi)問(wèn)題，但是需要根據(jù)環(huán)境溫度不斷的調(diào)整熱磁斷路器的整定值，給日常的工作增加了一定負(fù)擔(dān)，也會(huì)一定程度上降低斷路器的使用壽命。

參照上述兩種解決方案，可以進(jìn)行結(jié)合處理，即在加裝空調(diào)后，使控制箱內(nèi)溫度趨于穩(wěn)定，然后同時(shí)根據(jù)穩(wěn)定的溫度范圍，選擇合適的整定電流值，這樣就能合理的解決兩種方式所存在的弊端。

5.結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)講述對(duì)海南核電主變風(fēng)冷控制回路的改進(jìn)，有效的降低了冷卻系統(tǒng)的故障率，使其可以可靠地維持變壓器工作在一個(gè)安全的溫度范圍內(nèi)，確保了我廠(chǎng)主變的安全穩(wěn)定運(yùn)行。很多電廠(chǎng)、變電站等遇到過(guò)類(lèi)似的問(wèn)題，因客觀(guān)條件不同，采取的方法也有區(qū)別，如加裝空調(diào)、調(diào)高斷路器整定值等，但是有一個(gè)很重要的前提條件，不能讓風(fēng)機(jī)躲過(guò)了熱磁斷路器的保護(hù)范圍，這樣一旦當(dāng)風(fēng)機(jī)出現(xiàn)卡死等故障時(shí)斷路器無(wú)法對(duì)其提供有效的保護(hù)，可能會(huì)造成更加嚴(yán)重的后果，希望文中的改進(jìn)方式對(duì)大家有所幫助。

參考文獻(xiàn)：

[1]于用站，低壓塑殼式斷路器熱磁脫扣特性研究，2012，3：26-30

（作者單位：海南核電有限公司）