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★華能井岡山電廠吳星

★江投集團(tuán)能源技術(shù)研究有限公司喻賢唯

★華能井岡山電廠吳華，邱嶸，袁萌雪

關(guān)鍵詞：主變冷卻器控制柜；自動(dòng)控制；可編程控制器；主控核心器件

1　引言

電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、變電、配電等環(huán)節(jié)組成，其中變壓器屬于重要設(shè)備，它的安全可靠運(yùn)行對電力系統(tǒng)起著十分重要的作用。變壓器在運(yùn)行過程中，繞組中的銅耗和鐵芯中的鐵耗均轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軅鲗?dǎo)，使變壓器溫度升高，長時(shí)間保持高油溫運(yùn)行，會(huì)加速油質(zhì)的老化，而決定變壓器運(yùn)行壽命的主要原因就是油質(zhì)的老化。目前在油浸式變壓器中，主要采用油浸自冷（ONAN）、油浸風(fēng)冷（ONAF）、強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷（OFAF）和強(qiáng)迫油循環(huán)水冷（OFWF）四種冷卻方式，其中絕大部分采用ONAF和OFAF冷卻方式^[1]。

舊式主變冷卻器控制柜為隨主變配套設(shè)備，自動(dòng)控制原理為溫度、負(fù)荷信號通過繼電器進(jìn)行控制。主變冷卻器控制柜內(nèi)冷卻器聯(lián)鎖回路較為復(fù)雜，運(yùn)行中的冷卻器跳閘后，備用冷卻器必須自動(dòng)啟動(dòng)，備用冷卻器發(fā)生故障后，還有輔助冷卻器自動(dòng)投入運(yùn)行，各聯(lián)鎖回路依靠繼電器實(shí)現(xiàn)，因此柜內(nèi)繼電器較多，運(yùn)行多年，繼電器的缺陷也較多。上述控制柜安裝位置在戶外，工作環(huán)境惡劣，設(shè)備投入運(yùn)行多年后，設(shè)備故障率逐年增加，維護(hù)工作量大，給主變壓器安全運(yùn)行帶來很大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，重新設(shè)計(jì)一種新型主變冷卻器控制裝置顯得非常必要。

2　原理說明

為了解決上述實(shí)際問題，本單位組織技術(shù)人員，積極與相關(guān)設(shè)備廠家聯(lián)合攻關(guān)，重新設(shè)計(jì)了一種新的主變冷卻器控制方式，最終在我廠實(shí)施試用，投運(yùn)后設(shè)備運(yùn)行正常，操作人員操作簡單，控制方便，驗(yàn)收合格。

新型主變冷卻器控制柜采用微控單元（可編程控制器）作為主控核心器件，觸摸屏作為人機(jī)交互界面，交流接觸器或無觸點(diǎn)開關(guān)（軟啟動(dòng)器）作為功率執(zhí)行元件，斷路器、熱繼電器、相序缺相繼電器作為保護(hù)元件。通過人機(jī)交互界面人為輸入狀態(tài)指令及修改參數(shù)信息并由微控制單元執(zhí)行，即實(shí)現(xiàn)就地運(yùn)行可視化與遠(yuǎn)方運(yùn)行監(jiān)測化；對變壓器整個(gè)冷卻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)更優(yōu)控制，以達(dá)到節(jié)能和延長散熱器使用壽命的目的，同時(shí)將信息整理存儲于觸摸屏，可借助“報(bào)警記錄”選項(xiàng)讀取故障時(shí)間、故障內(nèi)容，也可定時(shí)自動(dòng)輪換工作電源和冷卻器運(yùn)行模式，實(shí)現(xiàn)了控制自動(dòng)化、狀態(tài)信息化、顯示與操作人性化。冷控柜自動(dòng)控制框架示意圖如圖1所示。

圖1 冷控柜自動(dòng)控制框架示意圖

3　冷卻器智能控制功能介紹

3.1　轉(zhuǎn)換開關(guān)位置狀態(tài)介紹

3.1.1　控制轉(zhuǎn)換開關(guān)（KK）處于自動(dòng)位置時(shí)

（1）變壓器聯(lián)鎖轉(zhuǎn)換開關(guān)（HKK）切換至工作位置時(shí)，可編程控制器監(jiān)測變壓器三側(cè)開關(guān)位置（高、中、低側(cè)跳閘位置繼電器常閉節(jié)點(diǎn)）投切控制柜，確保運(yùn)行狀態(tài)與變壓器同步；

（2）HKK切換至試驗(yàn)位置時(shí)，控制柜控制不受變壓器控制，適用于現(xiàn)場調(diào)試；

（3）冷卻器轉(zhuǎn)換開關(guān)（KKN）切換至自動(dòng)位置時(shí)，當(dāng)就地遠(yuǎn)方轉(zhuǎn)換開關(guān)（YK）處于就地位置，工作模式冷卻器延時(shí)投入，輔助冷卻器根據(jù)油溫負(fù)荷啟停。當(dāng)YK處于遠(yuǎn)方位置，遠(yuǎn)控模式冷卻器根據(jù)DCS啟停信號投切。

3.1.2　KK處于I/II手動(dòng)位置時(shí)

（1）就地手動(dòng)投入“I/II段電源”，KKN切換至手動(dòng)位置時(shí)，就地手動(dòng)投入對應(yīng)冷卻器；

（2）除潮通風(fēng)轉(zhuǎn)換開關(guān)（SH）切換至自動(dòng)，通過智能溫濕度檢測控制單元根據(jù)溫濕度參數(shù)設(shè)置和柜內(nèi)運(yùn)行溫濕度采集量對比，實(shí)現(xiàn)加熱器和主流風(fēng)機(jī)的投切，從而避免因低溫、高溫或潮濕等因素造成柜內(nèi)電器元件損壞或加速老化而影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.2　自投自復(fù)功能介紹

（1）電源互為備用：運(yùn)行中的主電源故障時(shí)，發(fā)出告警信號并自動(dòng)投入備用電源，故障恢復(fù)后備用電源退出，主電源投入運(yùn)行^[2]；

（2）主電源輪換：I段主電源（可在觸摸屏內(nèi)設(shè)置主電源）正常運(yùn)行時(shí)，當(dāng)運(yùn)行時(shí)間到達(dá)設(shè)定值（可在觸摸屏設(shè)置），兩段電源主備關(guān)系轉(zhuǎn)換，即II段電源為主電源，I段電源為備用電源；

（3）冷卻器模式輪換：正常運(yùn)行時(shí)，冷卻器運(yùn)行時(shí)間在達(dá)到設(shè)定值（出廠默認(rèn)值為15天，可在觸摸屏設(shè)置）時(shí)，自動(dòng)順延輪換冷卻器模式，停止模式不參與輪換。假設(shè)以四組冷卻器運(yùn)行模式為例，當(dāng)前運(yùn)行模式分別為#1冷卻器“工作模式”、#2冷卻器“輔助模式”、#3冷卻器“備用模式”、#4冷卻器“停止模式”，15天后輪換為#1冷卻器為“備用模式”、#2冷卻器為“工作模式”、#3冷卻器為“輔助模式”、#4冷卻器為“停止模式”；

（4）備用冷卻器自投：冷卻器/風(fēng)機(jī)運(yùn)行中發(fā)生故障時(shí)，備用自動(dòng)投入，待故障恢復(fù)后備用退出運(yùn)行；

（5）備用冷卻器故障投入輔助冷卻器：備用冷卻器發(fā)生故障時(shí)，自動(dòng)投入輔助冷卻器/等待風(fēng)機(jī)，待故障恢復(fù)后輔助冷卻器/等待風(fēng)機(jī)退出運(yùn)行。

3.3　接入信號、指令功能介紹

（1）變壓器油溫繞溫節(jié)點(diǎn)信號：強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷運(yùn)行中的變壓器上層油面溫度≥55℃（用戶整定）時(shí)，處于“輔助”（觸摸屏中設(shè)置）模式冷卻器相繼延時(shí)啟動(dòng)，當(dāng)溫度＜45℃（用戶整定）時(shí)，“輔助”模式冷卻器退出運(yùn)行^[3]；

（2）變壓器負(fù)荷節(jié)點(diǎn)信號：運(yùn)行中的變壓器負(fù)荷≥70％（負(fù)荷值用戶自定義）時(shí)，“輔助”模式冷卻器/“等待”模式風(fēng)機(jī)相繼延時(shí)啟動(dòng)，當(dāng)停止油溫（繞組）節(jié)點(diǎn)信號退出時(shí)，“輔助”模式冷卻器/“等待”模式風(fēng)機(jī)退出運(yùn)行；

（3）變壓器油溫高節(jié)點(diǎn)信號：用于冷卻器全停20分鐘跳閘出口；

（4）變壓器三側(cè)位置信號：當(dāng)主變?nèi)齻?cè)開關(guān)任意合上一側(cè)，冷卻器控制柜自動(dòng)投入；

（5）變壓器油流繼節(jié)點(diǎn)信號：判斷潛油泵是否運(yùn)行正常，正常運(yùn)行時(shí)油流繼電器節(jié)點(diǎn)由靜態(tài)的常開變?yōu)槌ｉ]；

（6）DCS啟停指令：就地遠(yuǎn)方轉(zhuǎn)換開關(guān)在遠(yuǎn)方狀態(tài)時(shí)，通過DCS指令投切冷卻器/風(fēng)機(jī)。

3.4　保護(hù)、報(bào)警信號功能介紹

（1）故障信號

冷卻器控制柜在正常運(yùn)行中，微機(jī)控制單元檢測到故障時(shí)會(huì)發(fā)出告警信號：I段電源故障、II段電源故障、冷卻器故障、冷卻器全停故障、控制電源消失或PLC故障等；報(bào)警形式為：就地顯示、無源接點(diǎn)和串行通訊等形式。

（2）故障記錄和信息查詢

觸摸屏除參數(shù)設(shè)置功能之外還可以記錄故障報(bào)警具體內(nèi)容：故障報(bào)警發(fā)生時(shí)間、故障報(bào)警恢復(fù)時(shí)間、故障報(bào)警內(nèi)容，均可通過觸摸屏查詢。（3）冷卻器全停延時(shí)跳閘出口信號詳解當(dāng)變壓器運(yùn)行時(shí)，I、II段電源消失或所有冷卻器/風(fēng)機(jī)應(yīng)到達(dá)運(yùn)行溫度時(shí)卻未運(yùn)行，此時(shí)發(fā)出“冷卻器全停故障”遠(yuǎn)方信號的同時(shí)，啟動(dòng)20分鐘和60分鐘延時(shí)跳閘，20分鐘后開始監(jiān)測主變上層油溫高信號，若主變上層油溫高于75度（用戶整定）信號開入，直接發(fā)出跳閘出口；當(dāng)主變上層油溫低于75度時(shí)（用戶整定），60分鐘后發(fā)出跳閘出口。

3.5　柜體內(nèi)器件布置（如圖2所示）

圖2 冷控柜元器件布置圖

通過對主變冷卻器控制系統(tǒng)換型，可以極大地提高機(jī)組設(shè)備安全運(yùn)行的可靠性，杜絕因主變冷卻器控制柜的原因?qū)е碌墓收蠑U(kuò)大，同時(shí)提高了電廠機(jī)組安全運(yùn)行的可靠性，滿足了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性要求。

4　新型主變冷卻器控制方式的亮點(diǎn)

新變壓器冷卻器控制柜能夠滿足各種異常情況下的正常工作，例如PLC失電、故障，冷卻器全停等，設(shè)備能耐用10年。

新主變冷卻器控制柜采用微控單元（可編程控制器）作為主控核心器件，觸摸屏作為人機(jī)交互界面，交流接觸器或無觸點(diǎn)開關(guān)（軟啟動(dòng)器）作為功率執(zhí)行元件，斷路器、熱繼電器、相序缺相繼電器作為保護(hù)元件。

新主變冷卻器控制柜可借助“報(bào)警記錄”選項(xiàng)讀取故障時(shí)間、故障內(nèi)容，也可定時(shí)自動(dòng)輪換工作電源和冷卻器運(yùn)行模式。

5　發(fā)展前景

采用新型微控單元（可編程控制器）的主變冷卻器控制柜可以在電力企業(yè)中全面推廣。由于此設(shè)備使用年限長、故障率低，能夠節(jié)省設(shè)備后期大量維護(hù)成本。另外，該種方法配置的主變冷卻器控制柜結(jié)構(gòu)簡單，回路清晰，投運(yùn)后故障率低，能夠?yàn)槠髽I(yè)節(jié)省大量資金費(fèi)用。

由于主變冷卻器控制柜是發(fā)電廠的重要變電設(shè)備，需定期進(jìn)行試驗(yàn)和檢查。為降低設(shè)備故障率，減少工作量，所有的電廠、變電站主變壓器都可以利用此法進(jìn)行改造工作。

6　結(jié)束語

華能井岡山電廠在2021年#2機(jī)停機(jī)檢修中，利用此種方法將對#2主變冷卻器控制柜進(jìn)行換型改造，新設(shè)備操作簡單，運(yùn)行2年，從未發(fā)生故障，杜絕了因主變冷卻器控制柜的原因?qū)е碌墓收蠑U(kuò)大，同時(shí)提高了電廠機(jī)組安全運(yùn)行的可靠性，滿足了機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性要求，證明了新型主變冷卻器控制柜的可行性。

作者簡介：

喻賢唯（1995-），男，江西吉安人，工程師，碩士，現(xiàn)就職于江西省江投集團(tuán)能源技術(shù)研究有限公司，研究方向?yàn)楣夥β暑A(yù)測。

吳　華（1995-），女，江西信豐人，助理工程師，現(xiàn)就職于華能井岡山電廠，研究方向?yàn)樽儔浩饔唾|(zhì)分析。

邱　嶸（1993-），男，江西吉安人，工程師，學(xué)士，現(xiàn)就職于華能井岡山電廠，研究方向?yàn)橹髯儔浩鞅Ｗo(hù)。

袁萌雪（1989-），女，江西新余人，工程師，學(xué)士現(xiàn)就職于華能井岡山電廠，研究方向?yàn)榘l(fā)變組保護(hù)。

摘自《自動(dòng)化博覽》2024年7月刊