主变冷却控制系统PLC程序的完善

张 伟，金文俊，陈熙平，曹 钢

(锦屏水力发电厂，四川 西昌 615000)

锦屏水力发电厂包括锦屏一级、二级水电站，总装机容量840 万kW，是雅砻江流域中下游开发的龙头电站。电站以500 kV 电压等级接入电力系统。其中锦屏二级水电站于2012-12-31 并网发电。

1 机组调试及运行期间的问题

1.1 水流低导致冷却器全停

2012-10-29，锦屏二级水电站对1 号发电机带主变、厂高变及开关站GIS 高压配电装置进行升压试验。当机组开机至额定转速，带GIS 第2 串进行升流试验时， 1 号发变组非电量保护柜报“主变冷却器全停跳闸”信号。对现场进行检查，发现1号主变A、B、C 三相4 台冷却器均停运，盘柜控制面板上冷却器“故障”、“备用冷却器投入”、“备用冷却器故障”、“油流中断”等指示灯点亮。检查发现，A、B、C 三相所有冷却器水的流量均正常，控制盘柜内空气开关均无跳闸。运行人员将主用冷却器控制把手SA5 切至“手动”启动正常后，再切至“程控”位置，主用油泵自动启动运行正常，依次操作A、B、C 三相冷却器油泵后，均运行正常。

锦屏二级水电站在1，2 号主变多次报出冷却器全停信号后，根据监控系统报警及现地报警指示灯，判定故障由冷却水流量异常而引起。在计算机后台取得1，2 号主变在不同运行方式下的水压、水流量等相关数据，如表1 所示。

表1 1，2 号主变冷却水水压、流量

1，2 号主变冷却器系统采用同样的配置，在负载情况下对其进行分析，1 号主变三相冷却水流量均小于2 号主变，进口水压均大于2 号主变冷却器，其水压、水流量均较为平衡。经现场检查发现，1 号机组技术供水管路滤水器有轻微堵塞，因此水流量要略小于2 号主变。

每台冷却器水管路均安装1 个瑞典ElettaV1-FSS 65 型水流计，该流量计刻度为×9.6 m3/h，即其流量低定值最小可调为9.6 m3/h。通过表1 中的数据可以看出，主变在负载运行时，技术供水泵提供的水流量平均为128/4=27 m3/h，大于水流量低定值，即可以正常运行；主变在空载运行时，每台冷却器空载冷却水水流量平均为22/4=5.5 m3/h，小于水流量低定值，则流量信号不能送至冷却器PLC 控制系统。“空载”状态下4 台冷却器均因“水流中断信号”依次被切除后报“冷却器全停报警”信号。

1.2 水流恢复正常后冷却器不能自动运行

2013-01-12，保护班人员巡检时发现，2 号主变B 相冷却柜控制面板上4 号冷却油泵“故障”，3 号冷却油泵“运行”、“备用泵启动”、“水流中断”、“油流中断”指示灯点亮。检查冷却系统水流情况如表2 所示。

经过分析与讨论认为，4 号冷却油泵故障的原因是“水流中断”，该“水流中断”有2 种可能：一是冷却水管路堵塞，二是4 号水流计损坏。分析水流计读数发现，总水流流量约为1～3 号冷却泵的水流流量之和，故认为第1 种可能性较大。拆下滤网检查，发现滤网堵塞情况比较严重。对滤网进行清洗后回装，开启4 号水流计表前阀和表后阀，4 号水流计水压显示正常，“水流中断”灯立刻熄灭，但“油流故障”、4 号冷却水泵“故障”指示灯并未熄灭。手动将4 号油泵切至“停止”后，“备用泵启动”、“水流中断”、“油流中断”、4号冷却油泵“故障”指示灯均熄灭，3 号冷却油泵停止运行。再将4 号冷却油泵切至“程控”位置，10 s 后，4 号油泵自动启动。

表2 冷却系统水流计读数情况m3/h

当机组开机令给出后，机组技术供水泵启动，冷却器“水流中断”信号复归，冷却器油泵应当自动启动，但油泵却没有自启动。在“冷却器全停报警”信号给出1 h 后，报出“冷却器全停跳闸”信号。经过检查现场与PLC 程序，确定原因为冷却器因“水流中断”被切除后又报出“油流中断”信号，在水流恢复正常后，“油流中断”信号阻止了冷却器再次的启动。

2 PLC 程序的修改和完善

根据主变厂家试验报告，该水电站单相变压器空载运行时，空载损耗小于85 kW。在单个冷却器的水流量不小于5 m3/h，冷却器进水口温度不变的情况下，单个冷却器的冷却容量为110 kW。通过需要的冷却器台数如下：

可见，每台单相变启动1 个冷却器即可满足变压器正常空载工况下长期运行的要求。而且在PLC 程序设定上，若此时有其他因素导致变压器油温升高，水冷却器控制系统将按油面温度启/停其辅助冷却器，确保变压器本体的散热。

因此，针对冷却器水流量偏低引起水流量计报警问题，可以在变压器空载工况下对水流报警作特殊处理。即从监控系统引入一对主变空载信号接点(KZ 信号接点)至主变冷却器控制系统，当主变空载运行时，PLC 接收该开入信号，不再判定“水流中断”。

同时，技术供水泵及空载泵控制盘柜中也通过PLC程序设定：若主变空载泵出口流量低于65 m3/h，或三相中任一相冷却水流量低于20 m3/h，则启动备用空载泵。备用空载泵启动后流量仍低于设定值时，则启动机组技术供水泵，以确保主变在空载情况下，冷却水流量能满足空载损耗的冷却要求。

同时，对“油流中断”信号进行优化，原“油流中断”只是根据油管路中的油流计接点进行判断，在冷却器由于“水流中断”或其他故障原因被切除后，“油流中断”信号仍然会报出，这将导致在“水流中断”故障复归后，“油流中断”信号阻止油泵的自动启动。因此，可以将“油流中断”串入油泵运行接触器KM 接点，即油泵在运行时才会进行油流判断。

为了避免油泵切除后，“油流中断”信号复归又自动启动，启动后又报“油流中断”，使油泵反复启停。鉴于油流管路存在堵塞的可能性极小和油泵空气开关本身具有的堵转保护功能，“油流中断”不再与“水流中断、泄漏故障、电机故障”一样启动故障继电器KP11，即油流中断后不再切除油泵，但是会和其他故障一样启动备用冷却器，这样，在“油流中断”后，就不会出现油泵被切除又再次启动的问题。

3 结束语

由于控制系统程序配置的缺陷的原因，使得冷却器全停后主变跳闸停电。锦屏二级水电站主变冷却器控制系统PLC 程序经过改进，消除了1，2 号主变冷却器控制程序上存在的重大隐患，保证了变压器主设备的安全运行。程序升级后，该设备的运行状况良好，没有再发生冷却器全停事件。

1 李 华，庞 荣．公伯峡电站4 号主变冷却控制PLC 流程改进[J]．青海电力，2008(2).

2 黄锡斌．SIMATIC S7-300 PLC 在主变压器冷却控制系统中的应用[J]．华电技术，2009(10).