变压器强迫油循环水冷系统事故简析

刘吉昀

摘  要：主变压器是变电站最重要的设备之一，其运行的稳定性决定了变电站的正常运行。目前，大型变压器大多采用风冷、水冷等方式，地下变电站的主变压器主要采用了强迫油循环水冷却的冷却方式，文章简析了地下变电站某次变压器强迫油循环水冷系统事故的过程、原因，并提出优化改造建议，对今后强迫油循环水冷系统运行维护、设计改造有重要意义。

关键词：地下变电站;强迫油循环水冷系统;优化改造

中图分类号：TM41         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）09-0067-02

Abstract： The main transformer is one of the most important equipment in the substation， and its operation stability determines the normal operation of the substation. at present， most of the large transformers are air-cooled， water-cooled and so on. The main transformer of underground substation mainly adopts the cooling mode of forced oil circulating water cooling. this paper briefly analyzes the process and causes of a transformer forced oil circulating water cooling system accident in underground substation， and puts forward some suggestions for optimization and transformation. It is of great significance to the operation， maintenance， design and transformation of forced oil circulating water cooling system in the future.

Keywords： underground substation; forced oil circulating water cooling system; optimization and transformation

1 变电站情况概述

本站于2013年6月30日投产发电，日常运行方式无人值守，为第一代智能地下GIS设备负荷变电站，220/110/10kV三个电压等级;220kV接线方式为单母线分段接线，110kV接线方式为单母线三分段接线，10kV接线方式为单母线六分段环形接线，3台变压器，每台容量180MVA，总容量540MVA，冷却方式为强迫油循环水冷，每台变压器的冷却系统由一套油水交换系统和一套水气交换系统组成，共有三台油泵、三台水泵以及54台风扇。

2 强迫油循环水冷系统简析

变压器内油由油泵从变压器上层抽出，经体外冷却油管循环降温，冷却油管外包着冷却水管，冷却水将油的热量带走，使热油得到冷却，从油箱下部流回变压器，经变压器油冷却器热交换后的热水由水泵，经上水管运输到地上散热器，经风扇散热后，经下水管循环，完成冷却过程。由于水的比热容较高，散出同样的热量所上升的温度较低（与油、空气相比较），散热效率较高，成本较低，故所需冷却器的数量较少，因而占地面积较少，维护、检修工作量大为减少。

水冷系统采用交流双回路电源供电，具备自投自复功能，当风冷电源选择手把放“Ⅰ工作Ⅱ备用”位置时，若Ⅰ电源的电压大于420V或小于360V者，风冷电源自动切换到Ⅱ电源工作;当Ⅰ电源电压恢复正常后，则风冷电源自动切回到Ⅰ电源工作。输出两路电源分别进入散热器控制箱、冷却器控制箱。

散热器控制箱控制着一台变压器的三组散热器，KZJ1采220kV、110kV开关位置，当变压器拉开时，KZJ1断开，散热器停止工作。变压器运行时，水温达到50℃时，处于辅助1状态的散热器投入;水温降至45℃时，辅助1散热器退出;水温达到70℃时，处于辅助2状态的散热器投入;水温降至60℃时，辅助2散热器退出。

冷却器控制箱控制着一台变压器的三组冷却器，KZJ1采220kV、110kV开关位置，当变压器拉开时，KZJ1断开，冷却器停止工作。当主变油温达到60℃时，KWJ闭合，处于辅助状态的冷却器投入;油温降至45℃时，KWJ断开，辅助冷却器退出。工作冷却器发生故障，K3闭合，位于备用状态的冷却器自动投入。

强迫油循环水冷系统构成复杂，水泵、油泵常年不停歇满负荷运行，发生故障的可能性较大，而地下变电站空间有限，变压器自身散热能力较差，当变压器冷却器全停时，变压器温度将迅速上升，并且与主变负载率高度正相关，负荷越重，温升越大[2]。此时若不能及时将变压器退出运行，将会造成变压器绝缘严重损坏，甚至完全击穿，导致变压器故障，影响变电站甚至电网正常、稳定运行。为此，在变压器风冷控制回路中增加了冷却器全停保护，保护变压器绝缘，延长其使用寿命。

3 事故简述

某日13：57监控机发：2#变冷却器全停出口、2#变冷却器电源故障报警、2#变散热器电源故障报警、2#变散热器故障报警动作信号，全站事故总信号动作复归信号;14：18 2#变冷却器全停出口、2#变冷却器电源故障报警、2#变散热器电源故障报警、2#变散熱器故障报警信号复归;2#变冷却系统全停前的运行方式为：第2组冷却器位于“工作”位置，第1组冷却器位于“辅助”位置，第3组冷却器位于“备用”位置，运维人员检查发现2#主变室冷却器控制箱内接触器KM2下口有烧灼现象，所内屏2#变风冷电源I、II在分闸位置，2#主变散热器设备区“水-空气冷控箱”内冷却器电源空开QF4位于合闸位置，检查该冷控箱内部元器件及其接线无问题，经核实变压器风冷已不能恢复运行;事故导致2#变三侧开关掉闸，110kV、10kV母联自投成功。

4 事故原因分析

通过接触器KM2解体分析，初步判断为内部主触头B相接触不良引起间歇放电，造成下口接线端子处融化，发展为A、B相间短路故障。

故障电流超过冷控箱内主电源空开、所内屏2#主变冷却电源I、II空开动作电流，空开动作时限特性存在差异，所内屏2#主变冷却电源I、II空开均跳闸，发出冷却器全停出口动作。20min内未能恢复水冷系统，非电量跳三侧。

5 运行规定

除去日常巡视、测温，变电站运维人员还需定期倒换冷却系统运行方式。正常运行方式下，每台变压器的散热器系统由三组散热器组成，两路电源指示灯应同时亮，一组散热器放“工作”位置，另一组散热器放“辅助1”位置，第三组散热器放“辅助2”位置。每台变压器由三组冷却器组成，每组冷却器带一台水泵和一台油泵，当满足条件时油泵水泵同时投入运行。正常方式下，一组冷却器放在“工作”位置，另一组冷却器放在“辅助”位置，第三组冷却器放在“备用”位置;“工作”位置的冷却器应定期轮换（按照定期轮换原则应定期进行轮换，每季度轮换一次）[1]。轮换工作后，24小时内对所轮换冷却器二次回路进行跟踪测温，并密切关注油泵、水泵、油流继电器、水流继电器运行正常。

根据公司运行规定，强油循坏水冷变压器顶层油温的报警温度为80℃。当发生事故时，失去全部冷却器时，允许带额定负载运行20min。如果20min以后故障没有清除，非电量保护动作跳开变压器各侧开关。

6 改造建议

（1）更换经厂家、专业班组计算过的跳闸电流、跳闸时间适合空气开关（断路器）。

现场QF1、QF2使用施耐德NSE250N型空气开关（断路器），根据说明可知道过载保护的整定值为250A，短路保护的整定值为2000A;QF5使用施耐德NSE160N型空气开关（断路器）根据说明可知道过载保护的整定值为125A，短路保护的整定值为1250A。在电流在160A-250A之间时，达到一定时限，QF5跳开;在电流在250A-1250A之间时，QF1、QF2、QF5会有保护延时，不会立即跳开。本站所内屏两路空气开关额定电流为250A。QF1、QF2、QF5、所内空气开关时限选择不够合理，如果冷却器控制回路发生短路，若短路电流大于250A，不超过1250A时，所内屏两路空气开关会跳开，而冷却系统两路总电源空气开关（断路器）、冷却器回路电源空气开关（断路器）不会跳开，实质造成事故范围扩大。

（2）改造系统回路。冷却器控制箱内主回路如图1，3组冷却器由QF5空气开关（断路器）控制，若KM1、KM2、KM3继电器及继电器至QF5空气开关（断路器）控制之间发生故障，只能由QF5切除故障，而断开QF5会造成三组冷却器都失去電源，造成冷却器全停。个人认为应在KM1、KM2、KM3继电器上方各增加合适的空气开关（断路器）。

（3）本站水冷系统电源由所内出，先接入地上散热器控制箱，后接入地下冷却器控制箱。当散热器控制箱有故障时，会影响冷却器控制箱的供电，影响冷却器系统正常运行，严重时导致变压器跳闸。散热器短时间内不会造成变压器跳闸，故冷却器系统较散热器系统更为重要，应将电源先接入冷却器控制箱或单独引线接所内电源。

（4）本站水冷系统采用交流双回路电源供电，在双回路电源失去，造成2#变冷却器全停，而导致2#变三侧开关跳闸。或再遇极端情况，站用电全失，会造成3台变压器的冷却器全部停运，本站属于无人站，运维人员到现场处理需要时间，若20min内无法恢复，会导致三台变压器全部跳闸，致使全站失电。因此，个人认为应将水冷系统接入本站一体化电源系统（UPS）或单独建立UPS屏，保证水冷系统在失去交流电源时，短时间内系统可正常运行，减小事故范围，给运维人员处理争取时间。

（5）在水冷控制箱内增加散热装置，地下变电站空间有限，水冷控制箱较小，箱内继电器、接触器等二次原件较多，布置紧凑，长期运行产生热量不易散发，造成原件温度上升，易造成原件烧毁、接口放电等故障。增加辅助散热装置可帮助水冷控制箱有效散热，保障原件可正常运行。同时，研究、开发新温度监控系统，对箱内继电器、接触器运行温度进行实时监控，发现温度异常及时报警，并通知运维人员，及时处置，避免事故扩大。

7 结束语

随着城市不断发展，负荷不断增长，现有变电站不能完全满足社会用电需求，再建变电站势在必行，而土地资源日趋紧张，地下变电站的应用会越来越多。强迫油循环水冷系统是地下变电站变压器冷却系统常用、有效的冷却方式，对其进行分析、研究，避免强迫油循环水冷系统事故发生可有效保证变电站稳定、安全运行，有助于变电站运维人员日常工作。

参考文献：

[1]国网北京市电力公司.变电站现场运行通用规程[S].中国电力出版社，2015.

[2]周丽巍.北京电网220kV强油循环水冷变压器冷却系统安全运行分析[J].科技尚品，2017.