變壓器風冷交流接觸器頻繁燒毀分析處理

云南電網(wǎng)有限責任公司玉溪供電局 楊 杰 雷亞蘭 李建東 云南電網(wǎng)有限責任公司楚雄供電局 楊家凱

1 引言

電力變壓器在運行過程中功損耗會轉(zhuǎn)化為熱量，使變壓器油溫升高。變壓器油溫度升高后需要啟動散熱器來冷卻，如果變壓器上層油溫長期超過105℃運行，則會縮短變壓器壽命，變壓器上層油溫度長期超過113（105+8）℃運行，變壓器的壽命會縮短50%，若變壓器的上層油溫度長期超過121（105+16）℃運行，變壓器的壽命就會縮短75%。因此，冷卻系統(tǒng)對電力變壓器安全運行較為重要[1]。

2 事件經(jīng)過

2019年5月23日14時50分，某局110kV某變電站2號主變壓器上層油溫達到87.5℃，主變負荷達到47MVA（變壓器容量為50MVA），監(jiān)控后臺發(fā)出110kV 2號主變風扇啟動信號，通知現(xiàn)場巡視維護人員前去檢查，2號主變壓器本體信號溫度計指示為87℃，與后臺監(jiān)護接近，變壓器風扇均未運轉(zhuǎn)。在監(jiān)控人員指揮下，檢修人員將風扇控制模式由“自動控制”切換到“手動控制”模式，風扇未啟動。檢查風冷控制電源指示燈未發(fā)現(xiàn)異常，但發(fā)現(xiàn)冷控箱內(nèi)有刺鼻的味道。檢修人員立即匯報調(diào)度，對變壓器進行負荷調(diào)整后，溫度下降至68℃。上報缺陷后，檢修人員立即趕往現(xiàn)場進行維護處理，下午19：10，交流接觸器更換完畢，手動模式啟動風扇正常，切到自動模式時，變壓器溫度在57℃時，風扇啟動正常。變壓器上層油溫下降至44℃時，PLC輸出繼電器ZJ接點斷開交流接觸器K失電，冷卻風扇停止了運行，說明更換后正常[2]。變壓器冷卻器在開關量控制模式下，短接WJ2接點，在短接WJ1接點時冷卻風扇啟動，斷開WJ1后冷卻風扇繼續(xù)運行，再斷開WJ2接點后冷卻風扇停止了運行，說明更換交流接觸器K后故障排除。

2019年6月18日15時20分，該站2號主變上層油溫為58.7℃，主變負荷達到43.4MVA，監(jiān)控后臺發(fā)出110kV 2號主變風扇啟動信號，通知現(xiàn)場檢修人員前去檢查，2號主變壓器本體信號溫度計指示為59℃，與后臺監(jiān)護接近，通過檢修部人員到現(xiàn)場檢查情況，打開冷控箱時發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)有刺鼻味道，重點檢查上月更換后的新接LC1D32交流接觸器時，發(fā)現(xiàn)交流接觸器上方接線有黃色油狀物，從黃色油狀物可判斷交流接觸器線圈可能燒壞。現(xiàn)場申請將風冷切換到手動檢查風扇能否啟動，切換至手動模式后，風扇未啟動。由此判斷，接觸器LC1D32接觸燒壞，再次匯報故障，等待檢修人員前來處理。檢修人員更換接觸器后，切換手動啟動模式時好時壞。

3 變壓器風冷回路工作原理

找出風冷控制回路電路原理圖如圖1、圖2所示。PLC外部接線原理圖（圖1），其是電力變壓器風冷控制系統(tǒng)的核心，由PLC和AC/DC直流開關電源組成。AC/DC開關電源模塊將220V工頻市電整流轉(zhuǎn)換成24V的直流電源，供給PLC使用。PLC接入了兩路開關量，其來自變壓器上層油溫信號溫度計，一路是變壓器上層油溫超過55℃時，WJ1閉合接點閉合，ZJ接點接通勵磁，交流接觸器K帶電吸合，冷卻風扇運轉(zhuǎn)。另一路是變壓器上層溫度低于45℃時，WJ2接點斷開，ZJ接點失電斷開，交流接觸器K失帶電接點斷開，冷卻風扇停止運轉(zhuǎn)。

圖1 PLC外部接線原理圖

圖2 變壓器風冷強電回路圖

圖1中，PLC中有一路輸入模擬量，即變壓器的上層油溫變送器B，油溫變送器B輸出4～20mA電流（對應著0～160℃的上層油溫），實現(xiàn)了變壓器上層油溫度的遠方傳送。變壓器上層油溫高于55℃時，ZJ接點接通，交流接觸器K帶電吸合，冷卻風扇運轉(zhuǎn)。變壓器上層溫度低于45℃時，ZJ接點斷開，交流接觸器K失帶電接點斷開，冷卻風扇停止運轉(zhuǎn)。

PLC可工作模式控制模式開關K1。K1斷開時為“開關量輸入控制”模式，接通時為“模擬量輸入控制”模式。K2為變壓器風冷系統(tǒng)控制方式開關，斷開時為“自動控制”方式，接通時為“手動控制”方式。

4 交流接觸器工作原理

交流接觸器的燒毀原因分析。一般來說，交流接觸器在額定電壓工作狀態(tài)下工作并不會燒毀[3]。造成交流接觸器燒毀的原因主要有以下幾方面。

4.1 交流接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理（如圖3所示）

圖3中，交流接觸器由鐵芯、銜鐵、彈簧、線圈、觸點、短路環(huán)等主要部件組成，線圈帶電時，鐵芯中產(chǎn)生了磁通，銜鐵在電磁力的作用下克服彈簧阻力使向鐵芯方向（右）運動，常開接點閉合，實現(xiàn)了其預定的功能。由于交流電流要過零點，電流過零點時，觸器鐵芯中的磁通過零點，鐵芯失磁，接觸器常開接點就會斷開，為了防止該問題，在鐵芯上安裝了短路環(huán)，當線圈中的電流過零時，短路環(huán)中有電流，這個電流可以防止鐵芯中線圈電流過零時的磁通過零接點斷開。

圖3 交流接觸器的結(jié)構(gòu)

4.2 交流接觸燒毀的原因

由于交流電流通過接觸器的線圈時，線圈會呈現(xiàn)出阻抗，所以交流觸器的線圈匝數(shù)少，直流電阻小，工作時線圈中的電流是靠線圈的交流阻抗來限制的，交流阻抗又與鐵芯中的磁阻有關，若磁阻大，線圈的阻抗減小，通過線路的電流就會增大，長時間下可使線圈發(fā)熱燒毀。

線圈阻抗減小有以下幾點原因：一是當線圈的電壓低至額定電壓的50%啟動時，銜鐵不吸合，磁路是長的，這時線圈阻抗減小，流過線圈的電流增大，長時間運行線圈就會燒毀。二是在額定工作下啟動，銜鐵卡死不動，此時交流接觸器的阻抗變小，線圈中流過的電流可達正常工作時的10倍左右，交流接觸器則會燒壞[4]。

5 對交流接觸器運行試驗

下文對燒毀的交流接觸器進行試驗（額定工作電動為AC 230V 50Hz），見表1、表2。

表1 測量得到參數(shù)1

表2 測量得到參數(shù)2

從表1數(shù)據(jù)可以看出，LC1D32M7C交流接器正常工作時線圈電流為32mA，銜鐵卡死，線圈電流會達123mA，時間長了線圈就會燒毀。

通過上文試驗可以得出結(jié)論：一是交流接觸器在額定電壓下，銜鐵卡滯，線圈燒毀。二是交流接觸器在50%額定電壓下不能吸合時，長時間下線圈會燒毀。三是交流接觸器在額定電壓下長時間不停上電、斷電，線圈會過流，長時間下線圈則會燒毀。

6 分析及處理

在實際工作中，由于更換的交流接觸器是合格產(chǎn)品，說明接觸器沒有問題。所以，只要交流接觸器的銜鐵不卡滯，燒壞線圈的原因有可能是接觸器的回路接觸不良，時線圈長時間不停上電、斷電所致[5]。

對圖1中接觸器所有接線端子進行檢查，重點檢查開關電源運行是否正常，同時檢查圖2中接觸器接線回路有無螺絲松動等情況。檢查圖1部分時，發(fā)現(xiàn)開關電源指示燈閃爍，測量開關電源輸出電壓不穩(wěn)定，電壓時有時無，交流接觸器K的接點時接時斷。檢查圖2中各連接端子，未發(fā)現(xiàn)接線螺絲松動以及端子發(fā)熱等異常情況。

從以上檢查結(jié)果來看，判斷為接24V開關電源故障，更換一塊體積相同，品質(zhì)更高的24V/3A的開關電源后故障消失，經(jīng)過觀察，風冷系統(tǒng)運行正常。

在可靠性要求更高的回路中，采用直流接觸器代替交流接觸器，直流接觸器線圈燒毀的可能性小，可靠性高。直流接觸器是指鐵芯為直流控制的接觸器，其負載可以控制直流負載，也可以是交流負載。直流接觸器的鐵芯與交流接觸器不同，其沒有渦流的存在，因此一般用軟鋼或工業(yè)純鐵制成圓形，由于直流接觸器的吸引線圈通以直流，所以沒有沖擊的啟動電流，也不會產(chǎn)生鐵芯猛烈撞擊現(xiàn)象，因而壽命長，適用于頻繁啟停的場合。交、直流接觸器的選用可根據(jù)線路的工作電壓和電流查電器產(chǎn)品目錄。

7 直流接觸器的選用方式

選擇直流接觸器的類型。直流接觸器的類型應根據(jù)負載電流的類型和負載的輕重來選擇，即是交流負載還是直流負載，被控制的負載電流要小于接觸額定工作電流。

直流接觸器主觸頭的額定電流。直流接觸器主觸頭的額定電流可根據(jù)經(jīng)驗公式計算IN主觸頭≥PN電機/(1～1.4）UN電機，如果直流接觸器控制的電動機啟動、制動或反轉(zhuǎn)頻繁，一般將接觸器主觸頭的額定電流降一級使用。

主觸頭的額定電壓。接觸器銘牌上所標電壓系指主觸頭能承受的額定電壓，并非吸引線圈的電壓，使用時接觸器主觸頭的額定電壓應不小于負載的額定電壓。

操作頻率的選擇。操作頻率是指接觸器每小時通斷的次數(shù)，當通斷電流較大及通斷頻率過高時，會引起觸頭嚴重過熱，甚至熔焊，操作頻率若超過規(guī)定數(shù)值，應選用額定電流大一級的直流接觸器。

線圈額定電壓的選擇。線圈額定電壓不一定等于主觸頭的額定電壓，當線路簡單使用電器少時，可直接選用380V或220V的電壓，如線路復雜使用電器超過5h，可用24V、48V或110V電壓（1964年國際規(guī)定為36V、110V或127V）的線圈。

8 結(jié)語

通過對變壓器風冷回路故障的分析與處理，證明了一般檢修人員認為交流接觸器與直流接觸器相同，在額定電壓下運行時不易燒毀的錯誤思維模式。交流接觸運行中，若是銜鐵卡滯，交流接觸則會燒毀，若是交流接觸器線圈回路接觸不良，交流觸接器長時間跳閘，也會使其過熱燒毀線圈。所以更換交流接觸器后，要認真、全面檢查整個回路的接線堅固，回路繼電器觸點也應完好，不能頻繁地時而接通，時而斷開，使接觸器長時間上電、斷而燒毀。同時要檢查接觸器的電源，確保交流接觸器正常供電。在可靠性要求較高的回路中，可采用燒毀概率更小的直流接觸器代替交流接觸器。