变压器冷却器空气开关频繁跳闸分析与处理

引言

大容量变压器必须采用适当的冷却装置,以散发足够的热量,从而维持变压器的安全稳定运行。当变压器冷却器出现异常时,会对变压器产生巨大影响,产生的热量不能有效散发而积累,将严重影响变压器的内部绝缘和寿命。所以不管是冷却器部分故障还是冷却器全停的严重故障,都应该引起高度重视,做到及时发现、及时处理,防患于未然。

1某500kV变电站变压器冷却器事前运行状况

该500kV变电站变压器由广州西门子变压器有限公司生产,型号为0DFs10-250000/500,冷却方式为0NAN/0NAF(自然油循环风冷),由变压器油温或高压侧负荷电流控制冷却器启停。该变压器2013年12月投运,从2017年开始,频繁出现冷却器空气开关跳闸现象,导致冷却器部分风扇不能正常运行,影响变压器的散热效果,特别是在迎峰度夏期间,增加了变压器运行的不稳定性,留下了较大的安全隐患。

2冷却器空气开关跳闸原因分析

2.1理论分析

变压器冷却系统控制回路如图1所示。冷却器空气开关跳闸有两种可能性:(1)风扇启动时启动电流过大,该冷却器空气开关受到大电流冲击后越限跳闸:(2)风扇启动运行一段时间后,通过冷却器空气开关的电流达到脱扣值而动作跳开。为确定跳闸原因,进行监控后台s0E排查,得知变压器冷却器故障风扇从启动到跳闸相隔4h,因此可以排除第一种原因,即变压器冷却器空气开关跳闸是冷却器风扇长时间工作导致的。

2.2设备分析

该变压器冷却器的空气开关型号是施耐德GV2-ME05C,额定电压690V,额定电流范围0v6.~1v0A,现场定值Ik统一设置为0v6.A,额定冲击耐受电压6kV:冷却器风扇功率0v2kw,额定电压400V,额定电流If=0v56A,而该变电站用电系统线电压为400V左右,通过对比可知,Ik>If。理论上说,空气开关定值设定满足冷却器使用要求。

2.3现场设备检查

检查各个冷却器风扇,该变压器冷却器风扇转动元件均转动正常,如风扇转动异常,缺乏润滑,转动困难,会使风扇运行时电流增大。检查风冷装置汇控箱,测温发现箱体内温度普遍在50℃左右,可知冷却器空气开关所在的箱体运行环境比较恶劣。

2.4确定原因

经分析,由于施耐德GV2-ME05C空气开关是采用热脱扣原理,在额定电流通过的情况下不会发生脱扣跳闸,但经过检查发现冷却器空气开关所在箱体运行环境普遍在50℃左右,较高的环境温度叠加在热脱扣元件上,从而使冷却器风扇在正常负荷电流下,也会由于脱扣元件温度达到脱扣值而动作,最终导致空气开关跳闸。

3冷却器空气开关跳闸风险分析

变压器冷却器是主变高温高负荷时启动的散热方式,对变压器正常运行有着重要意义。变压器散热的过程首先是通过油箱壁和冷却器对外自然辐射热量,然后是与环境空气发生对流换热,要使变压器温度稳定,需要达到热平衡状态。牛顿冷却定律如下:

式中,α为传热系数:A为传热面积:AT为流体主体温度(横截面上的流体平均温度)与壁面温度之差。

通过式(1)可知,加快散热器表面空气流动(提高温度差),加快对流换热,提高对流换热的效率,即使用循环风冷系统加快空气的流动,减少散热器与空气的温差,从而提高变压器冷却效率,这是变压器冷却器的散热原理。

该变压器冷却器的控制方式是主备两路独立电源,基数组为第一组风扇,偶数组为第二组风扇,每个风扇均配置独立的空气开关。当该组任一空气开关跳闸,则相应发出该组风扇电源故障信号,这个空气开关对应的风扇停止运作,失去散热效果,如变压器停运风扇较少,其影响也就较微弱,但如果现处理不及时,变压器风扇陆续停运,变压器整体散热效果将受到严重影响。

该变压器冷却器故障信号属于频发信号,在风扇正常启动一定时间后时有发出,也出现了多起冷却器故障事件,影响了变压器正常运行状况。若是冷却器不正常运行引起温度异常,且在运行中无法检修,应申请调度当值值班员将变压器停运,若不能立即停运,应调整变压器的负载至允许运行温度下的容量(60%sn)[2]。对于冷却装置全停,首先应检查电源电压是否正常,如因工作电源故障而导致自动切换器回路不能自动切换,应立即到主变冷却器控制箱倒换工作电源(过程中为防止启动电流过大,烧坏接触器,可先停下几组冷却器),恢复冷却装置运行。若短时不能处理好,可在负荷、温度允许的情况下继续运行,处理过程中应密切关注主变负荷和温度。即使无过负荷且油温<75℃,变压器在冷却器全停时最长运行时间也应<1h。可见,冷却系统的异常情况给变压器的正常运行带来了极大风险和隐患。

4冷却器空气开关跳闸处理方法

由以上原因分析和风险分析可知,主要问题是变压器冷却器空气开关整定值与风扇工作电流的匹配问题,即变压器冷却器空气开关整定值能否躲过风扇正常工作电流与风冷汇控箱内环境温度的加成,但变压器冷却器空气开关整定值又不能过大,若整定过大,当风扇真正出现异常时,空气开关无法正确跳闸断开异常风扇,发生越级跳闸,有可能最终导致冷却装置全停。结合以上情况,将变压器冷却器空气开关现场定值Ik统一设置为0v8A,这样既能躲过风扇正常工作电流,又能在风扇出现异常时正确动作跳开故障风扇。

5结语

综上所述,本文着重分析了变压器冷却器空气开关频繁跳闸的故障原因和处理方法,通过有效分析和研究,做出了合理改善,解决了变电运行中反复出现的疑难问题。事虽小,但获益良多。结合冷却系统对于变压器的重要性可知,保证冷却系统正常运作,是保障变压器正常运行的前提,运行人员要加强对变压器冷却系统的学习,定期对冷却系统运行情况进行跟踪和分析,这样既能不断积累经验,又能有效发现问题和处理问题,保护好设备。