110 kV主变压器风控箱的改造与优化

冯 超，何利平，王 晖

(石家庄供电公司，石家庄 050091)

1 概述

近年来，为防止主变压器风冷控制系统全停故障的情况发生，主变压器风控箱都采用双路电源设计，在一路工作电源出现故障时，迅速投入另一路电源。为降低设备成本、减少控制元件数量，110 kV主变压器风控箱的两路电源多采用不同的控制结构，一般将一路电源作为工作电源，另一路作为备用电源。石家庄地区110 kV主变压器多采用XKWF-1型风控箱，该型设备在2003年后大量投入使用，但投运后，经常发生电源切换故障，需运行人员到现场对工作电源进行手动复位才能消除故障信号。

2 原因分析

2.1 电源故障切换功能不完善

2.1.1 两路电源故障切换的原理

XKWF-1型风控箱控制原理见图1，合上单联空气开关QM1、QM2后，投入电源切换控制回路，控制回路由两路电源中的一相同时供电，无论投入哪一路电源，控制回路都发挥功能。

图1 XKWF-1型风控箱控制原理示意

如1号电源出现断相故障，则相应的电压保护继电器K1、K2或K3的绕组失去电压，其在电源缺相自投保护回路中的常开接点闭合。在此情况下，只要中间继电器K常闭接点闭合，主接触器KMM2的绕组即可通电，投入2号工作电源，同时KMM2的常开接点断开KMM1绕组支路，使其保持断电状态。当因主回路、控制回路发生短路、接地而使电源侧空气开关SM1跳开后，SM1跳闸常闭接点闭合，中间继电器K4绕组通电，其串入“电源断相自投保护回路”中的常开接点断开，使接触器KMM2绕组无法通电；正常情况下，中间继电器K4绕组无电压，其常开接点闭合，使断相自投保护回路能够正常切换。

2.1.2 2个主接触器的“抢电源”现象

如采用“自动”控制方式，而变压器顶层油温和负荷电流未达到启动值，则风冷控制系统处于停止状态。此时中间继电器K1、K2、K3在“电源断相自投保护”回路中的常开接点全部闭合，一旦中间继电器K的常闭接点闭合，便可能使主接触器KMM2绕组先于KMM1而通电，投入2号工作电源，同时发出“电源断相故障信号”。这种故障现象在设备运行中不断出现，经常需要运行人员到现场进行电源复位操作，增加了日常工作量。

2.1.3 两路电源故障切换的“盲区”

在“电源断相自投保护”回路中，串入了中间继电器K4的常开接点。当电源侧空气开关SM1因器件自身故障跳开时，其辅助跳闸接点接通，K4绕组通电时，“电源断相及保护”回路失去作用，使2号电源无法投入，从而造成风冷控制系统全停。这是该型设计存在的一个重要缺陷，可能造成变压器风冷控制系统全停故障。

2.2 控制元器件未得到充分利用

“电源断相自投保护”回路中，使用3只中间继电器对电源断相故障进行响应，其器件使用率低、灵敏度差，仅使用了一对常开接点，客观上造成了原材料的浪费，同时还过多占用了风控箱的内部空间。

2.3 交、直流回路间未采取有效隔离措施

远方“电机故障信号”采用直流电源，接在电机空气开关外挂的跳闸接点上，容易发生交、直流回路间的短路，引发直流控制系统故障。另外，在对风控箱进行检修时，往往不能随意断开直流信号回路，客观上，使工作人员常常处于带电作业的危险状态，容易造成人身触电事故。

3 改造措施

3.1 改造电源缺相自投保护回路

将中间继电器K1、K2、K3用一个相序继电器KX3取代，对主接触器下口的断相、欠压故障进行响应。在“电源断相自投保护”回路中将KX3的常开接点、KMM1的常开接点与KMM2的常闭接点并联后与KMM2绕组串联，起到电源故障切换、保护的作用。另外，在电源侧空气开关SM1、SM2下口分别设置相序继电器KX1、KX2，用于发送电源故障信号。改造后的双路电源控制回路见图2。

3.2 解决接触器KMM1、KMM2的“抢电源”现象

为防止KMM2绕组先于KMM1绕组导通，从而切断KMM1绕组电源，导致所谓“抢电源”的现象，在KMM2绕组前加入时间继电器KT2的延时闭合接点。KT2绕组并接在“电源断相及保护”回路中K常闭接点后侧，KMM2绕组在KT2绕组通电后，延时导通，从而避免了“抢电源”现象的发生。基于以上考虑，对风控箱原有设计进行修改，见图2。

图2 改造后风控箱控制回路示意

4 优化方案

4.1 系统结构

4.1.1 取消“小母线”结构

取消了习惯上的“小母线”结构，改用带有绝缘外壳的大电流端子“MT”代替，起到集线器的作用，从而节省箱内空间，保证检修人员的工作安全。

4.1.2 对相序继电器的优化选型

XKWF-1型风控箱采用3只3TH8244型中间继电器对小母线三相电压进行监测，其灵敏度难以满足要求。现采用1只RM4-TR32型相序保护继电器代替原有3只中间继电器的功能，除可对电源缺相故障进行迅速、准确的响应外，还可对过电压、欠电压、反相序等电源故障进行精确响应。此类相序保护继电器一般设有多个指示灯，可对电源故障及保护自身动作情况进行直观指示，为检修人员进行故障分析和判断提供便利条件。

相序保护继电器体积小，原有3TH8244型中间继电器尺寸为45 mm×80 mm×100 mm，现采用的RM4-TR32型相序保护继电器尺寸为22.5 mm×78 mm×80 mm，总体积缩小为原来的1/7～1/8，节约了箱内空间。

4.1.3 消除交、直流回路的相互影响

采用中间继电器K2发出本地和远方“电机故障信号”。电机保护开关上仅保留交流信号线，去掉了直流信号端子，更有利于保障检修人员的工作安全，降低交、直流回路之间短路的风险。

4.2 基本回路

4.2.1 主回路

风冷系统电气主回路包括两组独立的空气开关和接触器，经3个大电流端子“MT”连接到电机保护开关。主接触器KMM1或KMM2闭合后，大电流端子带电，合上电机保护开关即可投入相应的风机。设计上将接触器KMM1作为首选接触器，接触器KMM2吸合的前提是顶层油温达到温度上限、工作电源或KMM1出现故障。

4.2.2 控制回路

4.2.2.1 温度控制

当变压器顶层油温超过65 ℃后，温度计BT1接点③-④闭合，导通中间继电器K1绕组，K1常闭接点闭合，导通1号电源主接触器KMM1绕组，风机投入转动；同时，K1常闭接点经温度计BT155 ℃温控接点①-②实现自保持。当温度降至55 ℃以下后，K1绕组断电，K1常闭接点断开，主接触器KMM1绕组断电，风机停转。

无论采用“手动”或“自动”方式，当1号电源故障时，中间继电器K1均可导通主接触器KMM2绕组，投入2号电源。

4.2.2.2 “手动”和“自动”控制方式的转换

a. 正常控制状态。采用“手动”控制时，直接将电机投入运行；采用“自动”控制方式时，主接触器的分、合受温度控制。

b. 故障控制状态。采用“自动”控制方式时，在风冷系统投运期间，如果1号电源或其主接触器下口出现断相、欠压故障时，相序保护继电器KX3动作，导通主接触器KMM2绕组，风机电源改经KMM2供给；采用“手动”控制方式时，如果1号电源出现故障，而变压器顶层油温已达到自动启动风冷的温度定值，仍可经由中间继电器K1、相序继电器KX3等器件的接点绕组，导通主接触器KMM2绕组，投入2号电源。

4.3 电机保护

a. 短路跳闸保护。当回路中有短路或接地故障时，相应的电机保护开关或主电源开关迅速脱扣跳开，将短路部分切除。

b. 电机过电流保护。 当电动机出现过电流后，经过一段时间，相应的电机保护开关跳开，及时切除过流故障。

4.4 故障信号

4.4.1 本地故障信号

a. 工作电源缺相信号。主接触器KMM2辅助常闭接点绕组闭合，导通红色信号灯HLRD1,发出本地工作电源断相故障信号。

b. 本地全停信号。主接触器KMM1、KMM2辅助常开接点绕组闭合，导通红色信号灯HLRD2,发出本地工作电源全停信号。

c. 风机故障信号。当某台风机发生故障，其空气开关跳开后，空气开关外挂跳闸常闭接点闭合，导通中间继电器K2的绕组，K2辅助常闭接点绕组闭合，导通红色信号灯HLRD3,发出本地电机故障信号。

4.4.2 远方故障信号

a. 电源缺相信号及主电源故障信号。1号电源发生故障后，主接触器KMM2吸合，KMM1绕组断电后其常开接点绕组或相序继电器KX1常开接点绕组闭合，发出远方“电源缺相信号”。当第2路电源的空气开关SM2下口出现缺相故障时，可通过KX2发出远方“电源缺相信号”。

b. 电源故障信号。当变压器顶层油温超过风冷自动启动的温度上限，温度计BT1接点绕组⑤-⑥导通，如此时主接触器KMM1未吸合，则其常开接点绕组保持导通状态，发出远方“电源故障信号”。

c. 电机故障信号。当某台电机发生故障，其空气开关跳开，外挂辅助接点绕组闭合，导通中间继电器K2绕组，K2吸合，同时发出本地及远方“风机故障信号”。

5 结束语

通过对本地区110 kV主变压器典型风控箱的改造与优化，消除了主接触器“抢电源”、双路电源故障切换失灵等设计缺陷，增强了风控箱的功能，完善了其内部结构。新型设计经过试验验证，性能稳定，使用安全，故予以定型。

新设计的定型产品型号为XKWF-15/4-16，自2007年开始投入批量生产和使用。目前，该型风控箱已在110 kV留村1号、2号主变压器，车站1号、2号主变压器，南郊1号、2号主变压器，北道岔1号主变压器等设备上使用3年多，其功能完善、运行稳定，在投运后未出现任何缺陷。它所提供的各类信号和故障指示直观、明确，为实时监测设备的运行状态提供了可靠依据。