核电厂主变压器冷却系统运行可靠性提升及改进实施

张瑞斌，宋文修，吴南鹏

（大亚湾核电运营管理有限责任公司，广东 深圳518124）

1 引言

电力变压器是核电厂安全生产的重要系统，负责将电能输出至电网系统，实现电能的传递。变压器在正常运行时，其自身产生的热量，通过变压器油的冷却循环，经散热器组释放到外界，维持变压器本体的运行温度在一个良好水平。

为了保证变压器的安全运行，要随时检测变压器的油温并由冷却控制装置使其维持在一个固定的范围内[1]。冷却系统中存在的各种潜在不利因素严重影响着变压器的安全稳定运行，如果由于某种原因导致冷却装置运行异常，会引起变压器失去冷却，超过一定的时间时需停机处理。

2 情况介绍

从2012年开始，某核电厂主变压器冷却系统陆续出现多起单列冷却组异常停运、主变B相冷却系统全部失去事件，严重影响主变压器的安全稳定运行。

2.1 回路端子故障

主控出现冷却器故障报警，现操检查发现101AR内有焦糊味，将主变A相冷却模式由“模式V”恢复至“模式IV”,报警消失；现场检查131XS动作断开，下游回路131BN端子接线端子发生短路，103RF不可用。

2.2 热偶继电器动作断开

主控出现冷却器故障报警，现场检查104RF故障灯亮，按操作单投运备运列冷却器，报警消失；检查141XS动作断开，104RF不可用。

2.3 热继电器开路

主控触发主变C相故障报警，现场检查发现301RF故障停运；检查314XS动作断开，电阻为10欧姆（正常小于0.1欧姆），301RF不可用。

2.4 冷却电源停运

主控出现冷却器全停报警，现场检查主变B相冷却风扇/油泵全部停运，现场将冷却电源由Ⅱ路切换至Ⅰ路后，主变B相四组冷却风扇和油泵启动,期间主变B相绕组温度由76℃上涨至95℃；主变B相冷却风扇和油泵启动后，绕组温度开始缓慢下降。随后现场确认为003FUB/C相保险动作断开，主变B相冷却电源短时失去。

3 原因分析

进一步对冷却系统运行现状进行多次跟踪分析，定位故障原因主要在以下几个方面：

3.1 冷却系统控制回路运行环境温度偏高

现场检查发现，用于控制冷却系统的电气部件运行平均环境温度超过40℃，影响控制回路正常运行。

3.2 冷却系统控制系统振动量偏大

为核实振动量对冷却系统的影响，选取一组热继电器进行模拟试验，发现定值设置在5.5A及以上时，振动因素会引起热继电器跳闸。

表1 热继电器在振动因素下动作情况

控制柜体侧挂于主变压器本体侧，变压器运行期间正常振动量直接传递至控制柜体，这一振动量作用于控制回路电气元部件，使其误动作跳闸。

3.3 冷却风机热继电器自身热量无法散出

用于保护冷却风机的热继电器在正常运行期间，自身就有很大的发热量，对比现场检查，同类型的四个热继电器非常紧密地贴合在一起，四个部件叠加在一起，又加重了热量的聚集，在自身热量因素下叠加其他部件的热量聚集，导致部件周围长期聚集有很多的热量，这对元器件的可靠运行造成了很大的隐患。通过红外成像检查发现，热继电器长期运行温度处于55℃以上。

3.4 冷却回路接线及端子存在变色等性能下降趋势

设备运行长久后，控制系统动力回路等接线及端子存在变色等性能下降趋势，叠加较高的环境温度，很易发生回路接线异常导致冷却系统不可用情况。

4 提升及改进

4.1 解决柜体整体运行温度高的问题

原始设计加热器长期处于投运状态，电气部件运行平均环境温度超过40℃，冷却装置与线圈之间的热交换面积小，无法实现良好的散热冷却效果[2]。新的设计方案中对冷却系统控制柜体加热模式进行优化，分析论证后对原有的长期加热方式进行修正，在加热回路中增加了温湿度控制节点，不影响柜体防潮功能的前提下，实现柜体温度有效控制。

4.2 解决控制柜体运行振动高的问题

主变压器运行期间本体的振动客观存在，虽然可以通过加装缓冲垫的方式缓解，但始终不能保证振动量不进行传递。如何在变压器运行期间，消除其振动量的传递，是解决这一问题的关键。因此，在设计时使用横向平移替代柜体整体换型，在原有柜体底部靠近侧方加装支持钢架，再局部吊起柜体下移。这样一来，控制柜体原有的所有电力电缆不用进行大范围的移位或更换，无论电缆初始是不是留有裕度，都能得以解决，使柜体始终在一个小的范围内进行转移，也保证其柜内元器件的平稳过渡。

使用新的固定支架后，如何使柜体在风力作用下特别是台风季节不会晃动，又成了新的问题；原来的支架在垂直方向进行支撑，无法对横向进行拉伸固定。因此，在水平方向上也对柜体的固定进行了改进，左右各使用两套横向固定拉杆，在防火墙上设置固定锚点，对横向拉杆进行拉伸固定，解决了横向受力的问题。

4.3 解决热继电器散热难问题

变压器冷却装置用交流继电器作为其关键部件，它的可靠性直接关系到整个冷却系统的可靠性[3]。如何不受其他部件热量的影响成了解决这一问题需考量的因素，现场安装空间确实狭小，对热继电器进行拆分安装的方式是不可行的。经过详细的论证分析，拆除热继电器格栅上的盖板，同时使用跨接母排的方案，将热继电器初始并接线用跨接母排进行替换，在目排设计上留有6～8mm的间距，不仅解决了部件散热难的问题，也减少了该部位的大量电缆接线。

4.4 冷却动力电缆增容

完成变压器控制柜冷却器回路接线鼻子整体更换、接线及固定情况普查，消除端子接触不良等因素。使用4mm的线缆更换了原有接线，同时采用接触面更大的插口接线鼻子，保证了回路的良好接触。

5 改进实施效果

以上的改进措施先行在2号机组主变上进行应用，在进行以上的一系列技术改进后，测量主变压器冷却控制柜体内平均温度整体降低约10℃；风冷控制及保护回路元器件运行温度降低约15℃；在之后的一个运行周期内未发生主变冷却系统异常事件。该项目成果也已全部推广至2号机主变冷却装置回路可靠性提升应用，后续拟推广基地内外变压器上进行应用。

6 结语

综合对比发现，国内外变压器组冷却装置的设计较多处于功能性设计面，往往现场实际使用过程中会发现存在不足，用户对设备的运行环境和工况是最清楚的，需结合实际情况进行改进，以提高设备运行可靠性。

通过对一种提升变压器冷却回路可靠性方法进行研究分析，结合现场实际情况，对比、分析并设计出一种更适应于核电厂变压器可靠性提升的系统性方法，在不断的分析和论证中将方法加入到实施现场，并通过考验。在很大程度上消除了各种外在和系统本身的不确定因素对可靠性的影响，较好地提升了变压器冷却装置运行可靠性，为变压器的可靠运行提供了有力保障。