主变冷却器风机全停PLC回路故障分析

江鸿翔，陈秀兰，叶心舒

（1.国网福建省电力有限公司超高压分公司，福建 福州 350000；2.国网福建省电力有限公司物资分公司，福建 福州 350000）

主变冷却器系统是变电站主变的重要组成部分，是影响主变是否能正常运行的关键部件。冷却器风机全停事故若无法及时地进行应急处置，将严重危急电网安全稳定运行。本文以某变电站#1主变A相冷却器风机全停故障为例，进行分析研究，总结出造成故障的主要原因以及设计方面的改进措施，为设计人员在对冷却器PLC回路进行设计时提供思路。

1 异常描述

2019年4月23日18:27，某变电站监控后台报主变冷却器风机全停告警信号，值班运维人员现场检查发现几处异常现象。

检查发现#1 主变A 相冷却器风机全停，检查A相冷却器控制箱，所有指示灯全灭，将#1主变冷却器控制方式由自动位置切至手动位置，投入两组主变冷却器风机，均无法手动启动，检查A 相冷却器控制箱后柜门，PLC 装置指示灯全灭，PLC 电源开关QM1、交流电源控制开关QM2、Ⅰ直流电源开关QM5、Ⅱ直流电源开关QM6均在合上位置。

2 原因分析

2.1 冷却器交流电源回路分析

根据现场冷却器风机全停的异常现象，运维人员初步判断可能是冷却器交流电源回路存在故障，造成风机全停。如图1 所示为某变电站#1 主变冷却器交流电源回路。

图1 冷却器交流电源回路

由图1 可知，#1 主变冷却器交流电源采用双回线供电方式，分别取自380 V Ⅰ、Ⅱ段低压配电屏，两组电源一主一备，由ATS双电源自动切换装置控制。根据交流电源供电方式，对A 相冷却器交流电源进行逐级排查。

检查#1 主变A 相冷却器控制箱，ATS 双电源自动切换装置主电源供电运行指示灯亮，备用电源处于备用状态，无明显异常。

检查第一组风机交流小空开QF1，处于合上位置，检查上下端电压分别为393.0 V 和393.4 V，检查第二组风机交流小空开QF2，处于合上位置，其上下端电压分别为393.5 V 和393.7 V，由此可知冷却器交流电源无故障。

检查第一组风机多功能保护开关BQ1 和第二组风机多功能保护开关BQ2，第一组风机多功能保护开关BQ1上停止指示灯亮，第二组风机多功能保护开关BQ2上指示灯全灭，用万用表测量BQ1其上下端线电压分别为393.6 V和4.05 V，测量BQ2其上下端线电压分别为394.0 V 和0.0 V。按下第一组风机多功能保护开关BQ1 上的“运行按钮”，可手动启动第一组风机，按下第二组风机多功能保护开关BQ2上的运行按钮，无法启动第二组风机。

综上所述，初步判断第一组风机多功能保护开关BQ1处于停止位置，且第二组风机多功能保护开关BQ2存在故障，是导致#1主变A相两组风机全停的直接原因。但由于第一组风机多功能保护开关BQ1 可通过装置本身的“运行按钮”启动风机，说明整个交流电源回路无故障（除BQ2 外），结合之前检查情况：A 相冷却器控制箱所有指示灯全灭，PLC装置上指示灯全灭且手动/自动模式均无法启动冷却器等异常现象，运维人员怀疑PLC 控制回路与多功能保护开关控制回路之间存在一定关系，使得PLC 控制回路故障导致多功能保护开关停止运行，进而导致风机全停。

2.2 冷却器直流控制回路分析

通过查阅冷却器直流控制回路图纸，继续分析故障原因。如图2 所示，冷却器直流控制回路的供电电源采用主备直流电源供电方式，两路220 V 直流电源分别取至两段直流母线，经一个220 V转24 V的电源变送器给PLC 装置、显示及控制回路等提供电源。用万用表测量变送器输入端口电压为228.3 V，输出端口电压为0 V，初步判断是由于220 V转24 V的电源变送器故障导致PLC各控制电路失去作用。

图2 冷却器直流控制回路的供电电源

为进一步研究直流控制回路与多功能保护开关之间的关系，查阅多功能保护开关说明书及冷却器启动控制回路图纸，如图3所示。

图3 自动模式下第一、二组风机启动过程

当冷却器手动/自动切换把手SA1切至自动模式时，K2接点导通，PLC装置开出端口0.0和0.2分别励磁KC1、KC3 线圈，KC1、KC3 常开触点闭合，同时第一、二组风机选择开关SA2、SA3 处于投入位置，使K6、K7 线圈励磁，多功能保护开关的启动控制端口分别接着K6、K7线圈常开触点，当K6、K7线圈励磁，则其常开触点闭合，多功能保护开关启动，起到控制风机启停的作用。

当冷却器手动/自动切换把手SA1切至手动模式时，K4 接点导通，同时第一、二组风机选择开关SA2、SA3处于投入位置，按下SB1、SB3手动启动按钮，使K6、K7线圈励磁，并联在SB1、SB3处的K6、K7常开触点闭合实现自保持，同时多功能保护开关的启动控制端口的K6、K7 常开触点闭合，启动多功能保护开关。

综上所述，由于冷却器手动/自动启动控制回路电源均取自电源变送器输出的301 回路，导致当电源变送器故障时，301 回路失电，K6、K7 线圈失电，造成多功能保护开关被关断，所以第一组风机多功能保护开关BQ1处于停止位置，而第二组风机多功能保护开关BQ2可能由于关断瞬间冲击电流过大或本身元器件老化损坏，这是导致#1主变A相冷却器全停的根本原因。

3 处理措施

造成此次事件的主要原因在于PLC 直流控制电源均取自同一个220 V 转24 V 的变送器输出端口，未进行冗余配置，建议设计人员应该采用2 台变送器进行供电，其中一台变送器输入端口电压分别取至两段220 V 直流母线电压，另一台变送器输入端口电压可以分别取至380/220 V 两段交流母线电压，经整流后供电，保障供电可靠性。

此次事件排查过程中，发现当直流控制电源消失后，#1主变冷却器切换至自动和手动模式下都无法对风机进行控制，原因在于风机手动控制回路和风机自动控制回路共用一路直流控制电源，建议设计人员应该将其分开，分别取不同的2 个变送器输出的直流控制电源或是单独从交流母线整流出直流控制电源给手动控制回路进行供电。

4 结束语

近些年来，变电站主变冷却器设计多采用PLC进行控制，PLC 控制的冷却器回路虽然具有接线简单、运行方式灵活的特点，但其装置可靠性也相对较差，由于PLC 装置故障造成的冷却器全停事故层出不穷。通过简单的案例剖析，希望能帮助电气设计人员重新审查此类设计缺陷，能有效地解决相类似的冷却器全停事故，为电网安全稳定运行提供有力保障。