一起“主变冷却器全停”告警异常的分析

卢洪锋

(金华电业局，浙江 金华 321000)

2011-07-05，金华电业局500 kV丹溪变电站在进行主变冷却器的定期倒换工作过程中，发生一起“主变冷却器全停”告警异常。由于异常信号发现及时，运行当值处理得当，有效避免了一起冷却器全停跳闸事故。

1 异常经过及初步检查

当日15:00，该站当值人员按常规对主变压器的主、备冷却器进行倒换操作。倒换过程中，当班值长在监控后台发现如下2个光字信号：

(1)“1号主变风扇故障告警”；

(2)“1号主变冷却器全停故障告警”。

该现象持续约1 min不复归，当班值长随即电话询问操作人员切换进程及现场设备运行情况，得知1号主变A相冷却器切换过程刚完成，正要对1号主变B相冷却器进行切换操作。当班值长随即下令操作人员停止操作，对1号主变A相冷却器进行检查，结果如下：

(1)“风扇故障”指示灯亮；

(2)“冷却器全停故障”指示灯亮；

(3)风扇运转正常；

(4)油泵未运转；

(5)油温约 55 ℃。

在风扇正常运转的情况下，出现“冷却器全停告警”信号，显然属于异常现象。按该站主变冷却器控制回路的设计，冷却器全停告警信号出现后，即开始30 min计时，计时结束，经主变油温接点判定后，跳开主变三侧断路器。时值高温、高负荷时间，1号主变所带负荷为70万kW，相当于浙江一个经济强县的正常负荷。可以说，“1号主变冷却器全停故障告警”信号的出现已经严重威胁到了金华电网的安全稳定运行。

鉴于“冷却器全停故障告警”信号出现，而油泵尚未运转，当班值长下令将1号主变A相油泵“手动/自动切换开关”切至“手动”位置，手动投入工作油泵，再次检查冷却器运行情况如下：

(1)“风扇故障”指示灯亮；

(2)“冷却器全停故障”指示灯灭；

(3)风扇运转正常；

(4)油泵运转。

考虑到手动投入工作油泵后，风扇、油泵正常运转，冷却器全停故障告警信号也已复归，冷却器全停跳闸威胁解除，当值人员心理压力得到缓解。

为检查异常发生的原因，当班值长再次下令将1号主变A相油泵“手动/自动切换开关”切至“自动”位置，随即检查冷却器运行情况，发现异常信息与未操作该切换开关前相同。当值人员只好再次将该切换开关切至“手动”位置。

梳理1号主变A相冷却器运行情况，当值人员迅速总结出目前的主要异常为：“1号主变风扇故障”信号出现；而1号主变风扇运转正常。

2 异常分析及处理

2.1 冷却器故障监视及全停跳闸回路

主变压器为常州东芝500 kV分相组式自耦变压器，采用强迫油循环风冷方式，冷却器主要包括风扇和油泵。每相的冷却器包括3台油泵和1组(12只)风扇，其中1台油泵备用。冷却器的电源从变压器的总控制柜引接。为监视冷却器的电源情况，除设计有总电源监视继电器KJ外，油泵和风扇电源接线的出口处还接有电源监视继电器KJ1，KJ2，KJ3，KJ4，如图1所示。

图1 冷却器电源监视回路示意

其中，QF01～QF04为对应于冷却器的空气开关，KP1～KP3及KF为交流接触器。风扇或对应的油泵在达到启动条件时，对应的交流接触器励磁。此时若KJ1～KJ4失励，则触发对应的油泵或风扇故障信号。冷却器故障告警信号回路如图2所示。

图2 冷却器故障告警信号回路

KJ1～KJ4除用于监视冷却器电源电压、触发对应冷却器故障信号外，还用于冷却器全停跳闸回路，其原理如图3所示。

图3中，KC1为主变负荷监视继电器，在主变负荷达到冷却器启动条件时，该继电器励磁，此时若冷却器电源失去(KJ失励或KJ1～KJ4同时失励)则触发冷却器全停故障告警信号。一旦判定冷却器全停，立刻启动时间继电器KT5，在计时结束后若主变油温达到整定值，即跳开主变三侧断路器，以保护主变压器不受高温损坏。

2.2 风扇故障信号分析

1号主变A相冷却器，在风扇运转正常的情况下出现风扇故障的异常信号，从图2来看这是不可能发生的现象。因此，该站当值人员仔细查看了厂方主变冷却器控制原理图发现，电源监视继电器KJ，KJ1～KJ4被命名为三相保护继电器。经查证，该继电器在冷却器电源电压过高(或过低)时会非正常失励且自保持，此时其常闭接点闭合。这种情况下，若冷却器达到启动条件而投入运转，就会触发对应油泵、风扇故障信号，其目的是防止因电源电压越限原因损坏冷却器。

图3 冷却器全停跳闸回路示意

根据这一发现，当值人员迅速检查了1号主变A相冷却器风扇电源监视继电器，发现KJ4继电器“>>U”灯亮(表明电压越上限)。当班值长立即下令试拉合1号主变A相冷却器分控箱内风扇电源空气开关QF04。当重新合上QF04时，KJ4继电器恢复正常，1号主变A相风扇运转正常，而“风扇故障”异常信号消失。

2.3 冷却器全停告警信号分析

通过以上分析可知，KJ4继电器因非正常失励，其常闭触点闭合。

当值人员通过进一步检查发现，负荷监视继电器KC1励磁，而油泵则未达到启动条件，没有运转，其对应的电源监视继电器KJ1～KJ3处于正常失励状态。

以上条件同时满足，所以冷却器全停告警回路导通，触发“冷却器全停故障告警”信号。

这时若将油泵“手动/自动切换开关”切至“手动”位置，手动投入工作油泵，则工作油泵对应的监视继电器励磁，其常闭触点打开，断开冷却器全停告警回路，“冷却器全停故障告警”信号复归。这与异常经过及初步检查完全吻合。

根据以上分析，该站当值人员再次将1号主变A相油泵“手动/自动切换开关”切至“手动”位置，此时“冷却器全停故障告警”信号没有出现。至此，1号主变A相冷却器运行恢复正常。

2.4 电源监视继电器KJ4非正常失励原因

通过前面的分析可以认定，本次异常的根本原因在于风扇电源监视继电器KJ4非正常失励。然而在整个定期切换过程中,该站所用电均维持在合格水平,不存在因冷却器电源电压越限引发KJ4继电器非正常失励的可能。那到底是什么原因使得KJ4继电器非正常失励。当值人员查看了1号主变“风扇故障告警”信号出现的时间，该时间与定期切换操作过程中操作风扇“手动/自动切换开关”的时间接近，当值人员怀疑是操作风扇“手动/自动切换开关”的过程中使得KJ4非正常失励。但鉴于1号主变自2008年11月投产至今，在以往的定期切换过程中操作该切换开关时从未出现该现象，所以这一怀疑没有太多的合理性，KJ4的本次非正常失励应该仅仅是个偶然现象。

次日凌晨，气温相对较低，主变负荷相对减少。为消除这一怀疑，当值人员决定试操作1号主变A相风扇“手动/自动切换开关”进行验证。在多次操作该切换开关的过程中，均触发监控后台“1号主变风扇故障告警”信号，随即复归，然而KJ4继电器并没有出现非正常失励现象。这虽然排除了操作风扇“手动/自动切换开关”过程使得KJ4非正常失励的怀疑，却又带来了新的困惑。

2.5 操作风扇切换开关出现故障告警的原因分析

瞬发性的“1号主变风扇故障告警”信号在该站的日常运行工作是一个经常性的误发信号，其原因可归结为风扇由停转到运转过程中，由于交流接触器KF的辅助接点与电源监视继电器KJ4的接点动作时间配合不当引起。这类现象在电气二次回路的设计上是应当避免的。但如设计不当，这种接点竞争现象还是存在的。典型的例子是开关分合闸过程中出现的瞬发性控制回路断线信号。而在运行层面上，这类现象较少作为异常情况来处理。

然而，瞬发性的“1号主变风扇故障告警”信号是在风扇由停转至运转过程中才会出现的。但是本次操作之前，风扇已处运行状态，这与日常运行工作中发生“1号主变风扇故障告警”信号不同。

为找出本次“1号主变风扇故障告警”信号出现的原因，当值人员结合现场检查再次通过图纸找到了答案。图4所示为风扇启动回路。

图4 风扇启动回路

现场检查油温约49 ℃，油温控制继电器K4(油温大于40 ℃时励磁，小于40 ℃时失励)励磁，继电器K1(油温大于50 ℃时励磁、小于50 ℃时失励)失励，负荷监视继电器KC1失励。可见，试操作1号主变A相风扇“手动/自动切换开关”前，风扇运行是由于K1X继电器自保持所致(自保持作用是需要风扇持续运转使得油温降低到40 ℃)。所以，在将该切换开关从“自动”切换至“手动”位置后，相当于手动解除了K1X的自保持，若再将该切换开关切换至“自动”位置后，风扇将停止运转。而后将1号主变风扇“手动/自动切换开关”切至“手动”位置使风扇投入运转时，瞬发性的“1号主变风扇故障告警”信号，就如同日常运行中风扇自动启动时一样，因相关继电器的辅助触点动作时间配合不当，往往成为必然。

3 防范措施

该站本次冷却器定期切换过程中，KJ4继电器不明原因的非正常失励，恰好处于当时特定的油温、负荷情况下(这种情况下，风扇运转，油泵不运转)，因此触发了冷却器全停告警信号。又由于冷却器全停告警信号发生在高温、高负荷的情况下，且发生在运行人员定期切换操作过程中(该操作过程中，信息量大，异常信号的发现、判别尤为困难)，这给当天的运行值班工作增添了巨大的风险。所幸当天的运行人员及时发现了这一异常，并迅速、有效地进行了处理，避免了一起潜在的主变跳闸事故。

引起本次冷却器全停异常的根本原因在于三相保护继电器KJ4的非正常失励。从运行层面看，即使在冷却器电源电压越限的情况下，若冷却器承受不合格电压而仍处运行状态，此时触发冷却器故障信号，并不合理。何况变电站对站用电的合格范围有严格限制，对站用电越限有完善的自动调节及监视手段，若冷却器电源电压越限，监控系统会在第一时间发出告警信号，并予以调节。所以，冷却器的电源监视继电器采用三相保护继电器，与采用常规继电器相比，实际意义不大。而此类继电器各种情况下的非正常失励带来的冷却器故障及冷却器全停告警信号，除给运行人员进行异常判断带来困扰之外，更有可能威胁主变压器的安全稳定运行。鉴于以上分析，要有效防止这一异常现象的发生，建议采取如下措施。

(1)针对KJ4继电器不明原因的非正常失励现象，运行单位应及时更换该继电器。

(2)加强运行监视，统计该类继电器误动作的情况，必要时可考虑将该类继电器更换为常规的电源监视继电器。

(3)今后选用同类型的新变压器时，应要求供货商采用可靠性高的电源监视继电器。

(4)对于由接点竞争引起的瞬发性主变风扇故障告警信号，可采取加装延时继电器等方法予以消除，以免干扰正常监控信息。