500 kV變電站主變冷卻器回路故障分析

王健偉，陳 勇，陸思晨

(國網江蘇省電力有限公司檢修分公司，江蘇 南京 210000)

0 引言

某500 kV變電站2號主變采用強油循環主變，搭配常州東芝變壓器有限公司風冷控制系統。強油風冷的冷卻設備包括潛油泵及散熱風扇，正常情況下潛油泵及散熱風扇周期性運轉，散熱效果好[1]。變壓器投入運行的同時，冷卻系統投入相應數量的冷卻器。若油泵及風扇因故停止工作，主變壓器的內部油溫急劇升高，嚴重影響變壓器內部絕緣。

1 主變風冷回路原理

500 kV變電站2號主變配備7組冷卻器，每組冷卻器可用相應轉換開關選擇工作狀態，其控制回路原理如圖1所示。變壓器投入運行前，將SC1—SC7轉換開關按照負荷情況選擇在：“工作”“輔助1”“輔助2”或“備用”位置。轉換開關對應工作狀態相應觸點說明如表1所示。

表1 SC1—SC7轉換開關分合

正常工作狀態，以1號冷卻器在工作狀態、7號冷卻器在備用狀態為例，QF1在合閘位置，SC1轉換開關在工作狀態，SC1的11-12接點接通，使得控制1號冷卻器的交流接觸器KM1，KM11激磁，從而KM1，KM11接觸器的主觸頭閉合，驅動電機回路(圖1中電機回路省略)，冷卻器投入運行。當處于工作方式冷卻器故障時，自動啟動備用狀態冷卻器。冷卻器不能正常工作時，交流接觸器KM1，KM11的輔助常閉觸點在合位，接通啟動備用冷卻器的交流繼電器K5，使得其動合接點閉合。此時備用冷卻器SC7的9-10在閉合狀態，啟動備用冷卻器回路，備用冷卻器投入工作。若備用冷卻器發生故障時，交流中間繼電器K6激磁，發出備用繼電器投入后故障信號。在備用冷卻器投入運行后，如發生故障的冷卻器修好后重新投入運行，則備用冷卻器回路控制回路被切斷，備用冷卻器退出。

圖1 主變冷卻器控制回路

輔助狀態，以1號冷卻器工作在輔助1狀態、7號冷卻器工作在輔助2狀態為例。QF1在合閘位置，SC1轉換開關在輔助1狀態，即SC1的15-16，1-2接點接通。輔助狀態冷卻器有按油溫和負荷兩種啟動方式，在變壓器剛投入電網和負荷較低時，不投入運行，當變壓器負荷增加時，使得電流繼電器KC1激磁，同時變壓器頂層油溫達到45 ℃時，啟動K3線圈，K3常開接點閉合，啟動輔助1狀態冷卻器。若變壓器頂層油溫達到65 ℃或者電流繼電器KC2激磁，啟動K4線圈，K4常開接點閉合，啟動輔助2狀態冷卻器。當變壓器頂層油溫降到55 ℃，且電網負荷下降使得電流繼電器KC1，KC2復歸，此時輔助2冷卻器自動退出運行。同理，當輔助1，2狀態冷卻器故障時，通過K3常開接點使得中間繼電器K5激磁，備用狀態冷卻器自動投入運行。

2 主變冷卻器回路故障原因分析

2020-10-05，監控后臺發2號主變輔助冷卻器故障信號。現場冷卻器工作狀態為第二組冷卻器工作在輔助1位置，第四組冷卻器工作在輔助2位置。檢修人員檢查發現，按負荷、油溫啟動的輔助中間繼電器K3處于吸合狀態，即正常情況下第二組冷卻器應能投入運行。但由于第二組冷卻器電機回路熱耦繼電器動作，冷卻器控制回路斷開，同時發2號主變輔助冷卻器故障信號。檢修人員注意到，工作在輔助2狀態的第四組冷卻器控制回路中的交流接觸器KM4頻繁吸合、復歸，但實際油溫、負荷均不滿足啟動輔助2狀態冷卻器，且中間繼電器K4未動作，判定輔助2狀態冷卻器不正常啟動。經現場檢查，排除由于電纜絕緣下降導致上述故障。此時將第二組冷卻器熱耦繼電器復歸后，KM4復歸恢復正常，所以初步懷疑第二組冷卻器與第四組冷卻器控制回路存在關聯，即存在寄生回路。將圖紙與現場實際接線核對，排除由于接線錯誤導致寄生回路產生的情況。

在對回路進行梳理時發現，輔助2、4控制回路存在共用電源母線情況。當輔助中間繼電器K3處于吸合狀態，但輔助1回路由于某種情況導致無法正常啟動時，此時第二組冷卻器交流接觸器輔助常閉觸點KM2在閉合狀態。該情況下即使實際油溫、負荷均未啟動中間繼電器K4，但第四組冷卻器SC4轉換開關3-4在合位，與第二組冷卻器SC2轉換開關1-2通過交流接觸器輔助常閉觸點KM2，SC2轉換開關15-16、輔助中間繼電器K3動合接點形成寄生回路。當交流接觸器KM4激磁后，寄生回路中KM4常閉接點打開，寄生回路斷開，當交流接觸器KM4復歸后，寄生回路接通，如此循壞導致KM4頻繁吸合、復歸，長時間如此將導致繼電器燒毀。

此外，按照該500 kV變電站2號主變正常運行方式分析，冷卻器投運為：兩組工作、兩組輔助1、兩組輔助2、一組備用。現場負荷情況，兩組輔助1方式冷卻器都處于正常運行狀態，即油溫及負荷控制中間繼電器K3處于吸合狀態。若此時處于工作方式的冷卻器的任意一組發生故障，都會導致輔助2狀態冷卻器控制回路中交流接觸器頻繁抖動。若1號冷卻器在工作方式下故障，交流接觸器KM1常閉接點閉合，SC1轉換開關6-5、11-12在合位，同時油溫及負荷控制中間繼電器K3處于吸合狀態，輔助2方式4號冷卻器通過其控制回路與工作方式1號冷卻器控制回路形成寄生回路，導致繼電器頻繁抖動。

綜上所述，冷卻器兩組工作、兩組輔助1中任意一組故障，都會導致輔助2控制回路中繼電器頻繁抖動，繼而導致繼電器燒毀，且該情況屬于頻發事件。此時若油溫、負荷不斷升高，由于輔助2冷卻器不能正常工作，極端情況下會導致變壓器絕緣能力、負載能力下降，嚴重影響變壓器使用年限。

3 改造及建議

改造冷卻器控制回路，將輔助1與輔助2信號回路完全獨立，不再共用電源母線；同時將中間繼電器K4的常開接點串接在輔助2控制回路中。改造后，原有冷卻器各方式工作原理不變。當輔助1回路故障時，通過中間繼電器K3的輔助觸點啟動備用冷卻器，同時發輔助冷卻器故障信號。輔助2回路故障時，通過中間繼電器K4的輔助觸點啟動備用冷卻器，同時發輔助冷卻器故障信號，兩者完全獨立，寄生回路消失。此外，建議對其他主變冷卻器控制回路進行排查，以確認是否存在類似設計缺陷。