海南核电主变风冷控制回路改进

冯吉 龙笑

【摘 要】电力变压器的可靠性对一个发电厂的安全运行起着至关重要的作用，对电力系统的稳定运行有着十分重要的意义。变压器的风冷系统是保障变压器在一个安全的温度范围内工作的辅助系统，根据变压器温度与寿命的8℃定则，绕组温度每升高8℃，变压器的使用寿命就缩短一半，如风冷系统停运则会造成变压器温度升高，绝缘老化加速、机组停运、甚至变压器本身烧毁等事故，威胁到电网的安全稳定性。海南核电的主变压器风冷控制系统曾频繁出现由于环境温度过高，造成热磁断路器在正常运行状态下跳开，相对应的风机停运，冷却器故障报警并投运备用冷却器的情况，对主变压器的稳定运行造成了极大的风险，本文讲述了通过对海南核电主变压器风冷控制回路及风冷控制箱的改进，降低了主变风冷系统的故障率，增强了其运行的可靠性。

【关键词】变压器;风冷系统;热磁断路器

1.前言

我厂的主变压器由特变电工衡阳变压器厂生产的单相变压器，其型号为DFP-260000/220，冷却方式为强迫油循环风冷。每台主变的风冷系统有四组，每组由三个风机和一个油泵组成。

主变风冷控制回路的逻辑由PLC模块控制，内置的逻辑为变压器正常运行时投运两组冷却器，另外两组一组辅助，一组备用，每隔15天切换一次运行冷却器。当出现高温信号或过负荷信号时投运辅助冷却器，高温信号或过负荷信号消失，辅助冷却器停止运行;当运行冷却器出现故障时投运备用冷却器。另外有四个变频器分别在不同工况温度下控制风机转速。

全部冷却器因故障或其他情况退出运行后，当油面温度尚未达到75℃时，60min后，发出风冷全停跳闸信号，如油面温度达到75℃，20min后，发出风冷全停跳闸信号。

2.风冷故障情况分析

海南核电主变压器投运以来多次出现风冷故障报警的情况，现场核查情况为故障报警所对应的一组冷却器中有风机停止转动，根据PLC逻辑启动备用冷却器;风冷控制箱内对应停转风机的开关跳开，开关为ABB生产的热磁式断路器，热磁式断路器的工作原理是过载或电流增大时，发热元件使双金属片弯曲，通过传动机构断开断路器，其特点是不受电压波动影响，寿命长，可靠性相对较高，但动作值误差比较大，受环境影响较大。

可能造成此现象的可能性有以下几种：

（1）风机出现卡塞，造成电流增大。每次出现故障时未发现故障风机出现卡塞等情况，且重新闭合断路器后，故障停止风机可正常运行。此种可能性排除。

（2）风机内部绝缘问题，造成运行电流增大。对所有风机的工作电流用钳表进行测量，测量结果均在额定值4A左右，且很稳定;测量风机绝缘电阻也在正常的范围呢。此种可能性排除。

（3）热磁断路器整定值过小。风机正常运行的额定电流为3.9A，按标准整定范围应在0.9～1.1倍额定电流的范围内，所有风机均按最大整定电流值进行调整后，热磁断路器正常情况下跳开的情况还是时常出现。故此不是根本原因所在。

（3）环境温度高，造成热磁断路器动作。经观察，出现热磁断路器动作的时间大多出现在5月份到7月份，且以中午、下午时刻为主，由于海南地处亚热带气候地区，日晒强烈，环境温度长期维持在40℃左右，再加上风冷控制箱内部有一台380V变220V控制变压器和4台变频器，工作时散发大量热量，使用点温仪对主变风冷控制箱内温度进行测量，最高点温度甚至接近70℃。所以可以基本判定，此故障的根本原因是由于热磁断路器工作环境温度过高影响所致。

3.采取的改进措施

经过与变压器厂家的沟通，以降低控制箱内温度为目的，并确保热磁断路器能有效的保证风机运行的可靠性，进行了多种改进方案的讨論，最终决定对主变冷却器控制箱及控制回路进行如下几点改进：

（1）取消变频器的使用。变频器对主变冷却起到的调节作用不大，可以直接跨过变频器让风机始终在工频状态下运行;变频器本身是一个故障率很高的设备，对于主变压器这种电厂的重要设备的运行稳定性及可靠性会造成很大影响。

（2）增强控制箱内散热能力。风冷控制箱顶部有4个风量300cfm的风扇，由温湿度控制器控制，在控制箱内温度超过45℃时，自动启动4个风扇，起到降温的作用，现将4个风量300cfm改为4个风量800cfm的风扇，排风效果增强了近两倍，可以有效的降低设备环境温度。

（3）控制箱内主要的发热源是BK-4000VA控制变压器，切控制变压器的空间布置离风机的热磁断路器距离过近，不仅增加了热磁断路器周边的温度，还对操作人员的人身安全有很大的威胁。于是方案决定去掉控制变压器，将控制箱内的元件间距作适当调整。同时对电源进线更改，将原本为三相三线制的AC380V控制箱总电源改为三相四线制的AC380电源接至主变

三相汇控箱，再采用（3×50+1×25）电力电缆ZR-VVR22-1kV将电源从三相汇控箱引至各相主变控制箱，在端子排上增加N1、N2两个中性点节点，这样原本由控制变压器变压得到的220V控制电压在改进电源后可由从电源的相电压直接取得。

主变风冷控制箱及控制回路改进后，其内部的温度得到了大幅下降，用点温仪测得的最高点温度仅为56℃，热磁断路器在正常情况下跳开的情况再也没有出现过，从而证明之前对故障原因的判断是准确的，改进方式是有效的。

4.其他解决方案的可行性分析

就我厂出现的这类问题，在其他电厂也有出现，但不同环境、不同条件下采取的解决办法也不同，经与其他电厂专业人员沟通了解，并对其解决方案进行了可行性分析。

（1）风冷控制箱增加空调

风冷控制箱内增加空调是最直接有效的降低控制箱内温度的办法，针对此方案，有一个很重要的问题，如果加装了空调，控制箱内的温度会大幅度的下降，如上文所述，热磁断路器内的双金属片在温度达到跳开限值时，由于空调的降温作用，无法弯曲至跳开断路器的位置，即躲过了其整定值。出现这种情况，当风机出现卡死等类似故障时，热磁断路器无法可靠地保护风机，可能会造成风机烧毁甚至更严重的事故。

（2）根据环境温度更改热磁断路器整定值

由于热磁式断路器受环境温度影响较大，故其额定电流取决于给定的环境温度，安装在封闭式金属外壳配电箱内的断路器，由于散热产生的相互温度影响，当带上正常负荷时，断路器的整定电流应乘以一个由温度环境决定的对应系数，如图三所示。如额定电流为4A时，热磁断路器在环境温度为60℃时，应设置整定温度为4*4/3.52=4.5A。此种办法虽能有效的解决此类问题，但是需要根据环境温度不断的调整热磁断路器的整定值，给日常的工作增加了一定负担，也会一定程度上降低断路器的使用寿命。

参照上述两种解决方案，可以进行结合处理，即在加装空调后，使控制箱内温度趋于稳定，然后同时根据稳定的温度范围，选择合适的整定电流值，这样就能合理的解决两种方式所存在的弊端。

5.结束语

本文通过讲述对海南核电主变风冷控制回路的改进，有效的降低了冷却系统的故障率，使其可以可靠地维持变压器工作在一个安全的温度范围内，确保了我厂主变的安全稳定运行。很多电厂、变电站等遇到过类似的问题，因客观条件不同，采取的方法也有区别，如加装空调、调高断路器整定值等，但是有一个很重要的前提条件，不能让风机躲过了热磁断路器的保护范围，这样一旦当风机出现卡死等故障时断路器无法对其提供有效的保护，可能会造成更加严重的后果，希望文中的改进方式对大家有所帮助。

参考文献：

[1]于用站，低压塑壳式断路器热磁脱扣特性研究，2012，3：26-30

（作者单位：海南核电有限公司）