國網(wǎng)湖北省電力公司檢修公司的研究人員張勇，在2018年第1期《電氣技術(shù)》雜志上撰文，通過對1000千伏荊門特高壓站變壓器冷卻器控制回路的分析，針對現(xiàn)場運(yùn)行過程中冷卻器控制回路接觸器線圈燒毀導(dǎo)致冷卻器全停的事件，提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。

隨著我國電網(wǎng)的快速發(fā)展，超特高壓變壓器的容量也在不斷增加，對于樞紐變電站而言，變壓器是電網(wǎng)的核心設(shè)備，其冷卻系統(tǒng)能否正常工作直接關(guān)系到變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行及使用壽命。

冷卻系統(tǒng)的故障分為機(jī)械故障和電氣故障，機(jī)械故障包括風(fēng)扇電機(jī)和潛油泵本體的軸承繞組的損壞、風(fēng)扇葉片的變形等；電氣故障有電源消失、控制回路的元件損壞、接點(diǎn)接觸不良、接觸器線圈燒毀等。由于接觸器長期通電運(yùn)行，極易導(dǎo)致接觸器線圈燒毀從而使控制回路短路，造成控制回路的跳閘，這也是變壓器冷卻系統(tǒng)常見故障之一。

1  變壓器冷卻器控制系統(tǒng)

1.1  PLC冷卻器控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)的變壓器冷卻器控制系統(tǒng)主要采用繼電器和接觸器方式來實現(xiàn)，導(dǎo)致接線復(fù)雜、可靠性低、不便維護(hù)。隨著計算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，PLC由于編程簡單、維護(hù)方便、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，其在工業(yè)自動控制領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

PLC應(yīng)用在變壓器的冷卻器控制系統(tǒng)，取代了傳統(tǒng)的繼電器簡單邏輯控制，簡化了二次回路接線，能夠?qū)崿F(xiàn)更復(fù)雜靈活的控制方式。PLC依據(jù)變壓器油面溫度、繞組溫度、負(fù)載率進(jìn)行相應(yīng)冷卻器組數(shù)的投切，其原理如下圖1所示：

圖1 PLC冷卻器控制系統(tǒng)

PLC主要由輸入模塊、CPU、輸出模塊組成；當(dāng)油面或繞組溫度計達(dá)到相應(yīng)的溫度，POP1的11-14或PW1的21-24接點(diǎn)閉合， CPU按照相應(yīng)的接點(diǎn)輸入和測得的負(fù)荷電流進(jìn)行邏輯運(yùn)算，輸出部分接入冷卻器控制回路，實現(xiàn)對冷卻器的控制；K01為油流繼電器的輔助觸點(diǎn)，當(dāng)冷卻器運(yùn)行時，油流速度達(dá)到設(shè)定值，接點(diǎn)11-14閉合；PLC電源作為PLC的工作電源，一般為直流24V，負(fù)載電源由負(fù)載回路所需的電源提供。

1.2  冷卻器控制回路分析

1000千伏荊門特高壓站變壓器采用三相分體結(jié)構(gòu)，冷卻系統(tǒng)采用強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷方式，每相冷卻系統(tǒng)配備八組冷卻器，每組冷卻器包括三臺風(fēng)機(jī)和一臺潛油泵，冷卻器控制回路原理（以#1主變B相第八組冷卻器為例）如下圖2所示：

圖2 冷卻器控制回路

由圖2可知，電源I、電源II來自站用電兩條獨(dú)立的400V母線，經(jīng)過電源切換回路，作為冷卻器系統(tǒng)主回路和控制回路的電源，電源I和電源II互為備用電源，電源I作為工作電源、電源II作為備用電源，當(dāng)工作電源故障時自動切至備用電源，工作電源恢復(fù)后自動切回工作電源，保證了供電的可靠性。

Q6為冷卻器控制回路電源空開，8QB、8QF1、8QF2、8QF3分別為冷卻器主回路的油泵電機(jī)電源空開和風(fēng)機(jī)電源空開，13-14接點(diǎn)為相應(yīng)空開的輔助觸點(diǎn)，S8為自動手動切換把手，正常運(yùn)行時空開全部合上，S8把手打至自動狀態(tài)，S8的7~14接點(diǎn)斷開；當(dāng)PLC輸出使得控制回路導(dǎo)通，接觸器8KMB、8KMF1、8KMF2、8KMF3得電，主回路相應(yīng)的常開輔助觸點(diǎn)閉合，潛油泵和風(fēng)機(jī)得電運(yùn)行。

2  事件情況

2.1  事件經(jīng)過

2017年6月26日，荊門站監(jiān)控系統(tǒng)后臺報“#1主變B相冷卻器交流控制電源故障”和“#1主變B相冷卻器退出異常告警”信號，現(xiàn)場檢查#1主變B相冷卻器全停，打開#1主變B相冷卻器控制柜發(fā)現(xiàn)“Q6冷卻器控制電源”空開跳閘，潛油泵接觸器8KMB冒煙燒壞，運(yùn)維人員斷開第八組冷卻器主回路空開，合上Q6后，冷卻器恢復(fù)正常運(yùn)行。

2.2  事件分析

如圖1所示，當(dāng)潛油泵接觸器8KMB線圈短路后，由于8QB空開處于投入狀態(tài)，其13、14號輔助點(diǎn)仍處于接通狀態(tài)，短路電流流經(jīng)冷卻器的控制電源空開Q6，導(dǎo)致Q6跳閘，而B相的所有八組冷卻器均作為Q6的負(fù)載，Q6空開跳開不能為冷卻器控制回路提供電源，導(dǎo)致B相冷卻器全停。

根據(jù)電力變壓器運(yùn)行規(guī)程：冷卻系統(tǒng)故障切除全部冷卻器時，運(yùn)行持續(xù)時間不超過60分鐘，帶額定負(fù)荷運(yùn)行不允許超過30分鐘；當(dāng)油溫或繞組溫度報警后，持續(xù)運(yùn)行時間不得超過20分鐘。若運(yùn)檢人員處理不及時，容易對變壓器的絕緣造成損害，影響變壓器的使用壽命，對于冷卻器全停投跳閘的變電站，冷卻器全停導(dǎo)致變壓器跳閘，則影響了供電的可靠性。

3  改進(jìn)措施

3.1  PC級ATSE及切換回路原理

ATSE即雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，其作用是將一個或多個負(fù)載電路從一路電源轉(zhuǎn)換至另一路電源，可以實現(xiàn)對重要負(fù)載的連續(xù)供電，其主要分為兩個級別：PC級和CB級，PC級ATSE：只具備雙電源切換功能，不能夠開斷短路電流；CB級ATSE：既能夠?qū)崿F(xiàn)雙電源切換，亦可開斷短路電流。

PC級ATSE可靠性高于CB級ATSE，現(xiàn)PC級ATSE已發(fā)展至一體式自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，該類開關(guān)體積小結(jié)構(gòu)簡單，可實現(xiàn)失壓、欠壓、斷相保護(hù)等功能，且產(chǎn)品可靠性高，切換時間短。PC級ATSE切換原理如下圖3所示：

圖3  PC級ATSE切換回路原理

由圖3可知，電源I作為主電源，電源II作為備用電源，正常情況下K1閉合、K2斷開、K3閉合，若電源I發(fā)生故障或消失，PC級ATSE檢測到A1-N1無電壓，控制器動作使K1斷開、K2閉合，負(fù)載由電源II供電，實現(xiàn)了對負(fù)載的連續(xù)供電。若負(fù)載短路或者過載導(dǎo)致K3跳閘，ATSE不進(jìn)行切換。

3.2  改進(jìn)回路

第1~7組冷卻器控制回路接線不變，選取第八組冷卻器做為備用冷卻器，將PC級ATSE和熔斷器應(yīng)用于冷卻器控制回路如下圖4所示：

圖4 改進(jìn)的冷卻器控制回路

由圖4可知，正常運(yùn)行時，Q6、K1閉合，冷卻器的投入依據(jù)PLC程序采集到的變壓器溫度和負(fù)荷進(jìn)行自動投切。當(dāng)1~7組冷卻器控制回路的接觸器線圈短路導(dǎo)致Q6跳閘，1~7組冷卻器控制回路電源消失，ATSE檢測到A1-N1無電壓，控制器將使得K2閉合，非故障冷卻器為第八組冷卻器，此時第八組冷卻器控制回路電源經(jīng)K2供電，同時Q6的輔助觸點(diǎn)接入PLC輸入模塊，程序判定Q6跳閘，PLC輸出使第八組冷卻器控制回路導(dǎo)通，第八組冷卻器能夠正常運(yùn)行，避免了Q6跳閘導(dǎo)致全部8組冷卻器控制回路電源失電。

正常運(yùn)行中，若第八組冷卻器控制回路線圈短路，則FU熔斷，此時ATSE不進(jìn)行電源切換，K2處于斷開狀態(tài)，而1~7組冷卻器控制回路不受影響仍能正常工作，此時PLC依據(jù)FU熔斷器的輔助觸點(diǎn)動作，進(jìn)入相應(yīng)的子程序?qū)崿F(xiàn)1~7組冷卻器自動投切。

對于1~7組冷卻器的控制回路，不必在每組控制路里裝設(shè)熔斷器和ATSE，否則使得二次接線復(fù)雜，設(shè)備成本增加，不便運(yùn)行維護(hù)。裝設(shè)熔斷器和PC級ATSE的數(shù)量根據(jù)變電站正常運(yùn)行時變壓器需要投入的冷卻器組數(shù)而定，由于荊門站正常運(yùn)行時變壓器負(fù)荷較小，每相變壓器運(yùn)行的冷卻器組數(shù)為一臺，因此只需安裝一臺PC級ATSE和熔斷器作為備用冷卻器的電源切換回路，已能滿足實際的需求。

4  結(jié)論

本文將PC級ATSE和熔斷器配合應(yīng)用于變壓器冷卻器的控制回路，改進(jìn)回路簡單可靠，當(dāng)有接觸器線圈燒毀導(dǎo)致冷卻器停止運(yùn)行時，改進(jìn)回路能自動切換至備用冷卻器而不會出現(xiàn)冷卻器全停，冷卻器控制回路故障時至少有一組冷卻器仍能正常運(yùn)行，同時也為運(yùn)維人員查找處理故障提供了足夠的時間，保證了變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。