500 kV变电站主变冷却器回路故障分析

王健伟，陈 勇，陆思晨

(国网江苏省电力有限公司检修分公司，江苏 南京 210000)

0 引言

某500 kV变电站2号主变采用强油循环主变，搭配常州东芝变压器有限公司风冷控制系统。强油风冷的冷却设备包括潜油泵及散热风扇，正常情况下潜油泵及散热风扇周期性运转，散热效果好[1]。变压器投入运行的同时，冷却系统投入相应数量的冷却器。若油泵及风扇因故停止工作，主变压器的内部油温急剧升高，严重影响变压器内部绝缘。

1 主变风冷回路原理

500 kV变电站2号主变配备7组冷却器，每组冷却器可用相应转换开关选择工作状态，其控制回路原理如图1所示。变压器投入运行前，将SC1—SC7转换开关按照负荷情况选择在：“工作”“辅助1”“辅助2”或“备用”位置。转换开关对应工作状态相应触点说明如表1所示。

表1 SC1—SC7转换开关分合

正常工作状态，以1号冷却器在工作状态、7号冷却器在备用状态为例，QF1在合闸位置，SC1转换开关在工作状态，SC1的11-12接点接通，使得控制1号冷却器的交流接触器KM1，KM11激磁，从而KM1，KM11接触器的主触头闭合，驱动电机回路(图1中电机回路省略)，冷却器投入运行。当处于工作方式冷却器故障时，自动启动备用状态冷却器。冷却器不能正常工作时，交流接触器KM1，KM11的辅助常闭触点在合位，接通启动备用冷却器的交流继电器K5，使得其动合接点闭合。此时备用冷却器SC7的9-10在闭合状态，启动备用冷却器回路，备用冷却器投入工作。若备用冷却器发生故障时，交流中间继电器K6激磁，发出备用继电器投入后故障信号。在备用冷却器投入运行后，如发生故障的冷却器修好后重新投入运行，则备用冷却器回路控制回路被切断，备用冷却器退出。

图1 主变冷却器控制回路

辅助状态，以1号冷却器工作在辅助1状态、7号冷却器工作在辅助2状态为例。QF1在合闸位置，SC1转换开关在辅助1状态，即SC1的15-16，1-2接点接通。辅助状态冷却器有按油温和负荷两种启动方式，在变压器刚投入电网和负荷较低时，不投入运行，当变压器负荷增加时，使得电流继电器KC1激磁，同时变压器顶层油温达到45 ℃时，启动K3线圈，K3常开接点闭合，启动辅助1状态冷却器。若变压器顶层油温达到65 ℃或者电流继电器KC2激磁，启动K4线圈，K4常开接点闭合，启动辅助2状态冷却器。当变压器顶层油温降到55 ℃，且电网负荷下降使得电流继电器KC1，KC2复归，此时辅助2冷却器自动退出运行。同理，当辅助1，2状态冷却器故障时，通过K3常开接点使得中间继电器K5激磁，备用状态冷却器自动投入运行。

2 主变冷却器回路故障原因分析

2020-10-05，监控后台发2号主变辅助冷却器故障信号。现场冷却器工作状态为第二组冷却器工作在辅助1位置，第四组冷却器工作在辅助2位置。检修人员检查发现，按负荷、油温启动的辅助中间继电器K3处于吸合状态，即正常情况下第二组冷却器应能投入运行。但由于第二组冷却器电机回路热耦继电器动作，冷却器控制回路断开，同时发2号主变辅助冷却器故障信号。检修人员注意到，工作在辅助2状态的第四组冷却器控制回路中的交流接触器KM4频繁吸合、复归，但实际油温、负荷均不满足启动辅助2状态冷却器，且中间继电器K4未动作，判定辅助2状态冷却器不正常启动。经现场检查，排除由于电缆绝缘下降导致上述故障。此时将第二组冷却器热耦继电器复归后，KM4复归恢复正常，所以初步怀疑第二组冷却器与第四组冷却器控制回路存在关联，即存在寄生回路。将图纸与现场实际接线核对，排除由于接线错误导致寄生回路产生的情况。

在对回路进行梳理时发现，辅助2、4控制回路存在共用电源母线情况。当辅助中间继电器K3处于吸合状态，但辅助1回路由于某种情况导致无法正常启动时，此时第二组冷却器交流接触器辅助常闭触点KM2在闭合状态。该情况下即使实际油温、负荷均未启动中间继电器K4，但第四组冷却器SC4转换开关3-4在合位，与第二组冷却器SC2转换开关1-2通过交流接触器辅助常闭触点KM2，SC2转换开关15-16、辅助中间继电器K3动合接点形成寄生回路。当交流接触器KM4激磁后，寄生回路中KM4常闭接点打开，寄生回路断开，当交流接触器KM4复归后，寄生回路接通，如此循坏导致KM4频繁吸合、复归，长时间如此将导致继电器烧毁。

此外，按照该500 kV变电站2号主变正常运行方式分析，冷却器投运为：两组工作、两组辅助1、两组辅助2、一组备用。现场负荷情况，两组辅助1方式冷却器都处于正常运行状态，即油温及负荷控制中间继电器K3处于吸合状态。若此时处于工作方式的冷却器的任意一组发生故障，都会导致辅助2状态冷却器控制回路中交流接触器频繁抖动。若1号冷却器在工作方式下故障，交流接触器KM1常闭接点闭合，SC1转换开关6-5、11-12在合位，同时油温及负荷控制中间继电器K3处于吸合状态，辅助2方式4号冷却器通过其控制回路与工作方式1号冷却器控制回路形成寄生回路，导致继电器频繁抖动。

综上所述，冷却器两组工作、两组辅助1中任意一组故障，都会导致辅助2控制回路中继电器频繁抖动，继而导致继电器烧毁，且该情况属于频发事件。此时若油温、负荷不断升高，由于辅助2冷却器不能正常工作，极端情况下会导致变压器绝缘能力、负载能力下降，严重影响变压器使用年限。

3 改造及建议

改造冷却器控制回路，将辅助1与辅助2信号回路完全独立，不再共用电源母线；同时将中间继电器K4的常开接点串接在辅助2控制回路中。改造后，原有冷却器各方式工作原理不变。当辅助1回路故障时，通过中间继电器K3的辅助触点启动备用冷却器，同时发辅助冷却器故障信号。辅助2回路故障时，通过中间继电器K4的辅助触点启动备用冷却器，同时发辅助冷却器故障信号，两者完全独立，寄生回路消失。此外，建议对其他主变冷却器控制回路进行排查，以确认是否存在类似设计缺陷。