某大型水電站高壓廠用變壓器及勵磁變壓器溫度過高跳閘回路優化

李 超，王文松，楊代翠，李 成

(雅礱江流域水電開發有限公司，四川 成都 610051)

0 引 言

某大型水電站(以下簡稱A水電站)高壓廠用變壓器(以下簡稱高廠變)和勵磁變壓器(以下簡稱勵磁變)均為干式變壓器，根據水電站繼電時設計規范，高廠變和勵磁變溫度過高時要求投跳閘。A水電站的高廠變溫度過高保護動作結果：跳高廠變低壓側斷路器，跳發電機出口斷路器，跳主變壓器高壓側500 kV斷路器。勵磁變溫度過高保護動作結果：停機，跳滅磁開關，跳發電機出口斷路器。A水電站的高廠變和勵磁變溫度過高跳閘回路的可靠性，會直接影響該水電站的機組安全穩定運行以及對電網的可靠供電。

A水電站的高廠變和勵磁變溫度過高保護通過開入到非電量保護裝置實現跳閘功能，開入的接點來自于溫控箱的邏輯判斷開出，溫控箱的溫度采集通過測溫探頭來實現，如果溫控箱或者測溫探頭出現故障，就可能導致溫度過高保護誤開出。在實際檢修維護中，A水電站溫控箱故障和測溫探頭異常的缺陷出現過很多次，雖然沒有動作出口，但已經嚴重威脅和影響了機組的安全運行。為了防止高廠變和勵磁變溫度過高保護誤開出，需要針對其跳閘回路進行優化。

1 原跳閘回路問題分析

1.1 原跳閘回路

圖1為A水電站高廠變和勵磁變的溫度過高跳閘開入原理圖，溫度過高接點和溫度高接點串接后開入到非電量保護裝置，只有溫度高和溫度過高同時滿足，非電量保護裝置才能收到開入令，然后開出接點動作于斷路器跳閘[1]。

圖1 高廠變、勵磁變溫度過高跳閘原理

溫度高接點和溫度過高接點由溫控箱開出，高廠變和勵磁變溫控箱接入一組(兩個)測溫探頭，兩個測溫通道，探頭分別插入兩個繞組筒內。當任何一個通道溫度達到130 ℃高報警值時，溫控箱溫度高接點閉合，當溫度繼續升高到150 ℃過高時，溫度過高接點閉合。A水電站高廠變和勵磁變每相均有4個測溫探頭，兩個送給溫控箱使用；另兩個送給監控使用，用于上位機監視變壓器溫度，一個主用，一個備用。

1.2 問題分析

圖2為高廠變、勵磁變溫度過高跳閘原理解析圖。

如圖2所示，參與原跳閘回路控制的自動元件都為單一配置，會存在以下問題：

圖2 高廠變、勵磁變溫度過高跳閘原理解析

1)溫控箱有兩個測溫通道，每一個測溫通道都對應一個測溫探頭，這兩個測溫探頭彼此獨立，沒有對比互鎖，任何一個測量溫度達到高和過高定值，溫控箱都會開出閉合相應的接點。若測溫探頭出現異常，阻值逐漸增大，溫控箱測量溫度逐漸達到過高定值，會導致溫控箱邏輯誤判，節點閉合誤開出。

2)溫度高和過高輸出接點都由溫控箱開出，溫控箱控制板件出現故障，如接點粘連，也會導致保護誤開出。

1.3 案例分析

在2019年6月，A水電站2號機組在并網運行時出現過一次異常報警，報警現象如下：

上位機：2號機組主變壓器C套非電量保護裝置報警、2號機組主變壓器C套勵磁繞組溫度高報警。

現地：2號機組主變壓器保護C柜勵磁溫度高報警，勵磁變A相溫控箱a通道溫度顯示100.5 ℃，b通道顯示135 ℃，有上升趨勢；B相和C相溫控箱兩個通道顯示均為100 ℃左右。

處理經過：檢修人員用紅外測溫儀測量2號勵磁變溫度，A、B、C三相溫度平衡，一次設備無異常溫度高現象，判斷為A相溫控箱b通道測溫回路存在異常。為了防止勵磁變溫度過高誤開出，運行人員申請退出了非電量保護柜上勵磁溫度過高啟動跳閘功能壓板。2號機組停機后，對勵磁變A相溫控箱b通道的測溫探頭進行校驗，檢驗不合格，測溫探頭故障；重新更換了b通道的測溫探頭，試投運觀察，b測溫通道顯示正常。

從案例可以看出，A水電站的高廠變和勵磁變溫度過高跳閘回路可靠性不高，不能有效閉鎖單一測量元件造成的故障問題，如果處理不及時或未正確處理，可能出現機組非計劃停運的嚴重事故。

2 回路優化方案

針對高廠變和勵磁變溫度過高跳閘回路存在的問題，提出了兩個優化方案。

方案1：優化后高廠變、勵磁變溫度過程跳閘原理如圖3所示。在高廠變和勵磁變的跳閘開入回路中增加機組測溫現地控制單元的溫度過高信號閉鎖接點，即溫控箱保護測溫和監控測溫同時滿足溫度過高條件時，才會跳閘出口。

圖3 優化后高廠變、勵磁變溫度過高跳閘原理

方案2：聯系廠家升級改造溫控箱，新溫控箱使用雙通道4個測溫探頭，即每個通道有兩個測溫探頭[2]，同時優化溫控箱控制邏輯。優化邏輯要求如下：

溫控箱雙通道4個采集溫度分別為a1、a2和b1、b2。

1)當a1和a2(或b1和b2)溫度偏差大于定值(定值可調)時，則報“裝置故障報警”，閉鎖通道的溫度高報警、溫度過高跳閘。

2)a1和a2(或b1和b2)的溫度偏差小于定值時：a1和a2(或b1和b2)測量溫度同時到達溫度高報警定值時，溫度高報警接點開出；a1和a2(或b1和b2)測量溫度同時到達溫度過高跳閘定值時，溫度過高跳閘接點開出。

3 方案選擇

兩個方案都能提高高廠變和勵磁變溫度過高跳閘回路的可靠性，將從經濟性、施工難度、作業風險、可靠性4個方面進行量化對比，對比結果詳見表1。

表1 方案量化對比

從表1對比結果，可以得出兩個方案的優缺點。

方案1優點：優化改造成本低，充分利用現場布置的測溫探頭，不用新增加，將保護用和監控用的測溫探頭作為對比，實現溫度過高跳閘回路的相互閉鎖，邏輯判斷和接點輸出的元件包含溫控箱和可編程邏輯控制模塊(PLC)，跳閘回路更加先進可靠。缺點：現場施工較復雜，作業風險較高，需要登高作業新敷設一條電纜，在測溫屏中增加中間繼電器；另外，還需要修改監控程序和數據庫，需協調保護班和監控班兩個班組共同完成。

方案2優點：回路改動少，風險小，聯系廠家升級溫控箱，只需更換溫控箱和增加2個測溫探頭，現場施工方便。缺點：需要更換所有高廠變和勵磁變溫控箱，改造成本較高，因為變壓器每相增加了兩個測溫探頭，溫控箱需要巡回顯示4個溫度值，運行巡檢、檢修維護工作量和難度增加；另外，跳閘回路的溫度高和過高接點由單一的溫控箱輸出，溫控箱故障，比如接點粘連等異常問題，仍可能導致溫度過高保護誤開出。

A水電站是國調直屬管轄電站，設備的安全可靠運行必須優先考慮。優化后的溫度過高跳閘回路更加安全可靠，該方案的實施可以結合機組檢修開展，設備停電時間充足，可以有效保證回路優化作業的質量和安全。綜上考慮，A水電站選擇方案2。

4 結 語

在2019—2020年度檢修期，A水電站完成了所有高廠變和勵磁變跳閘回路的優化工作，試驗結果正確，投運正常。2020年6月，2號機組勵磁變A相a通道保護用測溫探頭出現故障，溫度持續上升到150 ℃，溫控箱跳閘燈點亮，由于監控測溫探頭正常，正確閉鎖了勵磁變溫度過高跳閘出口，保障了2號機組的安全穩定運行。

A水電站高廠變和勵磁變溫度過高跳閘回路的優化，能夠有效提高設備的安全可靠水平，其優化原理簡單可靠，不用升級設備和新增自動化監視元件，容易實現。A水電站高廠變和勵磁變溫度過高跳閘回路的優化方案可為其他水電站解決類似問題提供參考思路和經驗。