XKPF-1强油风冷控制系统运行故障分析与优化

摘要：针对现场变电站强油循环变压器XKPF-1冷却系统的运行状况，阐述XKPF-1强油风冷控制系统在运行中出现的特殊异常和故障，经分析、判断和现场试验发现存在的问题和设备的设计缺陷，并对此提出优化方案，从而弥补了其冷却控制系统设计缺陷，保证对冷却系统的实时、有效监控，确保变压器安全运行。

关键词：变压器；风冷；故障分析

作者简介：罗宇（1969-），女，重庆人，重庆电力高等专科学校实训部，讲师，工程师。（重庆?400053）

中图分类号：TM407?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）27-0145-02

XKPF-1强油风冷控制箱，用于控制大型变压器强迫油循环冷却系统，适用冷却器的型式为YF-80、YF-100、YF-120，其电源为三相交流50赫兹380伏。强油循环变压器的冷却系统应有两个独立的工作电源，并能自动切换。当工作电源故障时，应投入备用电源并发出音响及灯光信号。强油循环变压器因冷却系统故障而导致全部冷却器停运（停止风冷变压器的油泵和风扇）时，允许带额定负荷运行的时间应遵守制造厂规定，若制造厂无规定，则允许带额定负荷运行20分钟。若变压器上层油温未达到75℃，则可继续运行直至上层油温达到75℃，但切除全部冷却器后总的运行时间不得超过1小时。当冷却器全停时，应及时可靠地发出预告信号。

如果XKPF-1强油风冷控制系统发生冷却器全停故障，控制室只发出间断短时“工作电源故障”信号甚至不发任何信号，将严重影响到监盘的正确性，直接威胁到变压器的安全运行。本文将对 XKPF-1强油风冷控制系统在运行过程中出现的特殊故障以及故障分析和解决方案进行详细叙述。问题的解决有利于此类设备正常运行，有利于准确监控冷却器工作情况，避免出现冷却器全停未被及时发现的严重隐患，为处理相关故障提供参考、争取时间。

一、强油风冷变压器冷却原理

强迫油循环风冷变压器容量大，外部有效散热面积小，但由于冷却器的潜油泵运转，强迫变压器油经散热器高速循环，将热量从内部带出，并用风扇吹风冷却，所以其散热效率很高。若冷却装置停止工作，变压器冷却风扇全部不转或油不能循环，而变压器外壳散热面积小，内部热量不容易散发出去。所以，当冷却器全停时，变压器不能持续运行，否则将可能导致变压器因温度过高而烧毁。

二、设备发生的特殊故障及处理情况

（1）变电站现场的1号主变冷却器工作在I工作电源。值班员在主控制室发现1号主变远方温度显示异常升高，但并无信号发出，现场查看发现工作状态下的热继电器全部动作。经过检查并未发现其他问题，将其恢复后，运行正常（在得出故障原因后推测，主控室监控屏应该出现1号主变I工作电源故障信号灯亮熄交替多次后熄灭的情况，值班员应是监盘不力，没有注意到这短暂的信号，所以才称无信号发出）。

（2）变电站现场的2号主变冷却器工作在I工作电源。值班员在主控室发现2号主变远方温度显示异常升高，但并无信号发出，现场查看发现在工作状态冷却器的热继电器全部动作，冷却器全停。经检查，发现380V室I工作电源A相保险熔断，更换保险后恢复运行。

三、设备特殊故障分析

由XKPF-1强油风冷控制系统原理图可知，冷却器的油泵和风扇的电动机，都由二个独立电源供电，二个电源工作状态，由KK转换开关进行电源选择，对电源进行选择之后，1C或2C常开接点闭合导致冷却器电源小母线带电，通过1KD、1R、热继电器常闭接点及1KK开关5、6接点接通1Cb、1Cf两继电器，继电器励磁，1Cb、1Cf的动闭接点闭合，导通对应的油泵和风扇，从而使冷却器工作。整个系统包括电源自动控制回路，各冷却器控制回路及信号回路。

（1）设备特殊故障1分析如图1、图2所示。

事后经检查和现场试验，发现工作电源自动控制回路1RD 保险与保险座之间接触不良，会导致时断时连，当1RD断开时，1C接触器失磁，其主触头断开。此时冷却器电源小母线失电（如图1所示，接触器1C、2C主触头以下的小母线称为冷却器电源小母线），所有在工作位置的电机断电，同时1YJ线圈断电，其辅助接点闭合。由于这时1C辅助动断接点闭合接通2C线圈而励磁，2C接触器主触头闭合，使II段工作电源接通冷却器电源小母线，完成电源切换，切换后所有在工作位置的电机重新通电启动。之后，保险1RD又连通，1YJ线圈励磁，它的动断触点打开，使2C线圈断电、2C接触器主触头打开，从而断开II段工作电源和冷却器电源小母线之间的联接，冷却器电源小母线失电，所有在工作位置的电机断电。此时由于2C辅助动断触点闭合，使1C线圈励磁1C接触器主触头闭合，冷却器电源小母线重新接通I段工作电源，恢复正常，所有在工作位置的电机重新通电启动。之后，1RD又一次断开，重复前面的过程。当频率达到一定范围时，就导致1YJ、2YJ频繁切换，电机频繁启动，频繁通断电，在冷控箱处能够清楚看到1C、2C两接触器不断地交替分合现象。电机在频繁切换过程中的电流超过热继电器的整定值，所以长时间大电流作用在热继电器上，经过时间的积累，最终导致热继电器1RJb和1RJ1～1RJn相继动作，其动断触点断开，使1Cb和1Cf线圈失磁，1Cb和1Cf接触器主触点断开，断开电机，进行保护，最终导致这种特殊情况下的冷却器全停。

接触不良的保险1RD最终接通回路，冷却器电源小母线电源最终回到I电源。在1RD保险松动、接触不良过程中，由于1YJ不断通断电，励磁失磁交替出现，所以将发现1号主变I段工作电源故障信号灯亮熄交替出现。当保险与保险座最终接通时，I段工作电源故障信号灯熄灭，发出冷却器全停信号的判据为1YJ、2YJ、1ZJ同时失磁。此时I、II段工作电源都正常，所以1YJ、2YJ并未失磁，冷却器全停信号不会发出。

此种情况比较特殊少见，也很难查找，变电站现场发生的故障正遇用电高峰季节，且夏季气温过高，冷却器全部投入工作位置，事故过程中只有短时1号主变I段工作电源故障信号间断地出现，冷却器全停后，保险最终接通，就没有任何信号发出。这种事故的发生将严重影响监盘质量，危及变压器和电网的安全稳定。经过分析，当时监盘人员应该未留意到短暂异常信号，后来观察到温度异常，才发现故障。此故障虽然特殊，但是一旦发生很有可能导致严重后果。因为该故障不便于发现，也应该从设计上进行解决。

（2）设备特殊故障2分析。根据图1、图2可知，当出现I工作电源A相保险熔断时，因为控制电源接于C相，所以控制电源并未消失，此时1YJ、2YJ仍然励磁，控制回路状态不变，电源不会自动切换，冷却器全停事故和I、II工作电源故障信号不会发出。由于冷却器处于断相运行状态，三相异步电机无法正常运行，将引起绕组电流过大，超过热继电器的整定值，参照热继电器的托扣特性，经过相应时间后，热继电器1RJb和1RJ1～1RJn相继动作，其动断触点断开，使1Cb和1Cf线圈失磁，1Cb和1Cf接触器主触点断开，电机停转，最终导致这种特殊情况下的冷却器全停。同样因发出冷却器全停信号的判据为1YJ、2YJ、1ZJ同时失磁。此时I、II段工作电源C相都正常，所以1YJ、2YJ并未失磁，冷却器全停信号不会发出。

变电站现场发生的另一故障，正遇用电高峰季节，且夏季气温过高，冷却器全部投入工作位置，发生I工作电源A相保险熔断后，无任何信号发出，值班员通过温度异常发现问题，否则就有可能发生变压器被迫停运，甚至变压器烧毁的严重事故。

四、设备改进方案

上面两种缺陷因为都是由于热继电器动作而使冷却器全停，可以一起进行解决，解决方案如图3、图4所示。在冷却器电源小母线上加入了断相缺相失压继电器KV，同时在信号回路加入一个冷却器电源小母线缺相失电监视回路。该信号回路可以在电源缺相和失压后发出信号并保持。当冷却器电源小母线缺相或失压时，继电器KV失磁，KV动断触点闭合接通XJ信号继电器，XJ线圈励磁，XJ触点闭合，冷却器电源小母线缺相失压报警信号发出。这里XJ信号继电器使用的是DX-31/220V型号，该继电器具有机械闭锁功能，当XJ触点闭合后，如未人工恢复，触点将保持闭合，冷却器电源小母线失电报警灯将长亮。所以一旦指示灯亮，值班员应该到现场确认冷却器工作状态，因为XJ信号继电器设置在主变现场，确认状态后，进行信号复归。在停用变压器或倒换电源时，可以通过3K开关退出此监控系统，避免发出不必要的信号。

五、设备改进效果

通过简单的改造，只需很低的成本，就可以使该类故障清楚地反映在主控室的监控屏上，报警灯会一直点亮，直到值班人员发现。值班人员发现信号后，可以及时对冷却系统进行检查，发现问题，及时处理，正好弥补了设备本身的设计缺陷。添加系统可以根据需要进行投退，不影响设备原有的功能。避免因信号不明显或无信号未发现冷却器全停而引发的重大事故，延误冷却系统的处理时间，威胁电网设备的安全稳定运行。

六、结束语

变压器是变电站的重要设备，强油循环变压器的冷却系统对变压器的正常安全运行至关重要。为了确保对冷却系统运作情况的实时监控，必须要加强值班监盘人员的业务素质培养。我们不仅可以根据信号指示判断，还可以根据变压器远方温度情况进行判别。还要加强现场巡视，弄清楚系统工作原理，针对性地进行事故预想。同时从设备本身而言，还应相应提高信息的采集量和准确度，对设备进行改进，使其更加满足生产现场的实际需求，提高监盘人员所采集信息的准确度和可靠性。

参考文献：

[1]XKPF-1强油风冷控制箱说明书[Z].

[2]重庆市电力公司.变电站运行规程[Z].2005.

[3]RJ系列热继电器产品说明书[Z].

（责任编辑：刘辉）