主变风冷控制回路异常分析与处理

李 炎, 孙 瑞, 徐 强

(国网安徽省电力有限公司超高压分公司, 安徽 合肥 230022)

主变压器是电网的核心设备，主要作用是变换电压，以利于功率的传输，其能否安全运行，关系到电网的安危。由于运行时变压器的空载损耗与负载损耗会产生大量的热量，变压器的油温会随着负载和环境温度的增加而上升。为保证变压器油温不超过变压器绝缘所允许的温度，必须采取有效的方式进行冷却，对于超高压主变一般采取外冷却方式。文章以油浸风冷的冷却方式为例，当主变冷却回路发生故障时，严重时将导致主变的冷却回路停止工作，因此对主变风冷回路的运行维护工作异常重要[1]。

主变在运行过程中会产生铁损和铜损，这两部分损耗全部转化为热量，使铁芯和绕组发热，温升直接影响变压器绝缘材料的寿命、机械强度、负荷能力及使用年限。变压器油箱内充满了变压器油，变压器油的作用是绝缘和散热。变压器油可以增加变压器内部各部件的绝缘强度。变压器绕组的绝缘多采用A级绝缘，因此绕组的温升为65 ℃。当温度在80 ℃到140 ℃之间，温度每增加6 ℃，绝缘寿命将要减少一半[2]。

为延长主变绝缘寿命，需要在主变变压器油温度较高时进行冷却。在正常带负荷运行时油温越高，油密度越小。因此主变上层油温比下层油温高，当上下层油温产生温差时，经过冷却器使油温迅速降低，较低的油温自然下降到变压器底部形成油温对流，流回油箱，起到油温降低的作用。

当主变通过油温高低自然形成对流则称为自然风冷；
当自然对流无法满足冷却需求时，增加一台潜油泵而增加油流则称为强迫油循环方式。

2.1 主变风冷电源回路

对于强油循环风冷变压器，在运行中，当冷却系统发生故障切除全部冷却器时，变压器在额定负载下可运行20 min。20 min以后，当油面温度尚未达到75 ℃时，允许上升到75 ℃，但冷却器全停的最长运行时间不得超过1 h。对于油浸风冷的冷却系统部分风扇停止运行后，顶层油温不超过65 ℃时，允许带额定负载运行。当主变风冷电源一旦失去，则冷却系统停止运行，油温将无法控制在合格范围内，因此将冷却系统定义为站内重要负荷，需要双路电源供电，两路电源不得取自同一380 V站用主母线上，且当任一电源故障时，另一路电源可自动投入运行[3]。

图1 典型主变风冷电源切换回路图

图1为典型的主变风冷电源切换回路，相序继电器(KX1、KX2)监测双路电源相序、断相、欠压等不正常工况。SA1为双电源切换开关，当切至Ⅰ段电源为主电源时1～2、5～6辅助接点导通，当切至Ⅱ段电源为主电源时3～4、7～8辅助接点导通。正常当Ⅰ段电源为主电源工作时，KA1继电器得电，KA1常闭接点21～22断开，KMS1交流接触器得电，KMS1常开接点闭合，此时交流风机为Ⅰ段电源供电。当检测到Ⅰ段电源故障时，KX1继电器失电，KX1继电器15～18常开接点断开，KMS1交流接触器失电，KMS1常开接点断开。KA1的常闭接点21～22导通，KMS2交流接触器得电，KMS2常开接点闭合，此时电源切换至Ⅱ段电源供电。

2.2 主变风冷控制回路

典型主变风冷控制回路如图2所示，主变投入电网时，自动投入冷却器控制回路。当切除主变后，自动切除冷却器控制回路，即图1中的KA11常闭触点。该触点由主变电源开关辅助触点并联后串联KA11中间继电器回路控制。

风机启动分为按上层油温启动及按负荷启动方式。当主变上层油温达到一组风机启动定值时，第一组风机同时启动。当主变上层油温低于第一组风机停止定值时，第一组风机停止。当主变上层油温达到第二组风机启动定值时，第二组风机同时启动。当主变上层油温低于第二组风机停止定值时，第二组风机停止。当主变负荷达到负荷启动定值时(一般为70%负荷)，启动全部风扇[4]。

当主变风机控制开关SA2切至手动位置所有风机全部启动。当主变风机控制开关SA2切至自动位置，主变风机将按照油温或者负荷定值进行启动。

图2 典型主变风冷控制回路图

当主变风机的双路电源全部失电或者风机转换开关切至手动位置、风机达到负荷启动定值、温度达到启动定值等情况下风机却未能成功启动，经一定延时将会对应报警。

风冷回路正常工作时，变压器油温、油位应在合格范围内，主变负载或油温与主变风机投入组数相匹配，冷却器风扇运转方向正确、无异常振动和杂音，冷却器阀门开启正确、各冷却器手感温度相近、冷却器无渗漏油，主变风冷控制箱内各开关切换把手、空开状态、继电器吸合状态位置正确、报警指示灯无异常告警等。

3.1 风冷信号回路的现象与原因

主变风冷信号回路反映风冷回路各种运行工况，并通过硬接线或软报文的方式将现场实际工况发送至监控后台处，供运维或监控人员在正常情况下开展对风冷系统的巡视及异常情况下能够及时发现并定位异常范围。

常见风冷系统的异常信号及信号产生原因如表1所示。

表1 典型风冷异常信号及产生原因

3.2 主变风冷系统运行维护方法

1)按照规定周期对现场设备、环境及监控信号进行巡视，发现异常情况及时按照相关规程进行检查处理并汇报。

2)定期按照现场作业指导卡开展主变风冷电源切换试验，按照流程开展电源切换试验，避免长期不运行电源回路存在故障无法及时发现处置，确保双电源均可靠供电。

3)定期开展主变风冷电机首启动轮换试验，编制作业指导卡，按照流程开展风机首启动轮换试验，避免次启动电机长期达不到启动值，处于不运行状态，在高温或大负荷期间风机卡死等情况，无法启动，确保每一组风机均可靠运行。

4)如果主变风冷电机首启动无法轮换，应根据环境温度及负荷情况定期开展风机全启动工作。避免次启动风机长时间无法运行，导致在高温大负荷来临之前无法按时投入运行。同时应当对风机轮换接线或者PLC系统进行修改验证，使之满足风冷电机首启动轮换逻辑。

4.1 故障现象

监控后台：“2号主变A相Ⅱ段电源故障”光字牌点亮不熄灭。“2号主变本体测控-A相Ⅱ段电源故障”报文发出不复归。

主变现场：主变风冷控制箱内A相故障报警HR1灯闪光，且报警蜂鸣器响。现场风机运行正确。

4.2 处置步骤

1)首先核实现场主变负载、油温、绕温温度是否正常，检查风机运转状况是否与定值相匹配，是否影响主变正常运行。检查A相Ⅱ段电源空开QF2是否在合位。检查主变风冷回路有无明显异常。

2)查询风冷电源切换回路图，如图1所示，用万用表对主变A相Ⅱ段电源空开QF2下端口进行逐相实测，测量结果显示电压正常，说明电源故障告警是由于二次回路导致，而非电源本身故障导致。

3)查询风冷控制回路及信号回路图，如图2所示，风冷Ⅱ段电源故障信号由KA2继电器常闭接点发出。正常KA1与KA2继电器分别监视一段电源回路与二段电源回路，且均是带电状态。当KA2继电器失电时，Ⅱ段电源故障信号告警将会发出。经过测量，KA2电源回路接点A1电压为0。沿着接线依次查找发现KX2继电器常开接点18电压为0 V，接点15电压为220 V。故初步判断故障点为KX2相序继电器常开接点未正常闭合导致KA2继电器无法得电。

4)检查KX2相序继电器电源回路A1、A2触点电压测量正确。检查KX2继电器15～18常开触点电阻为无穷大，说明故障原因是由于KX2相序继电器的常开触点未能正常吸合导致。

5)检查相序继电器无备用常开触点后，向调度申请断开主变风冷Ⅱ段电源空开QF2，并更换相序继电器KX2。经过试送，Ⅱ段电源故障信号消失，故障排除。

主变风冷回路的运行工况直接影响主变可靠运行。因大多室外端子箱内均未配置空调，导致端子箱内温度会随着室外环境温度的变化而变化，甚至变化幅度更大。而继电器长时间工作在较为恶劣的环境下，可靠运行时间就会大大缩短。现场一方面应根据实际情况改善继电器的工作条件，延长使用寿命，另一方面应加强员工培训及相关备件的储备，尤其是在高温大负荷来临之前应加强对现场设备的巡视，减少因继电器本身故障导致风冷系统二次回路无法正常工作的情况发生，提高设备的可靠运行。

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