方坤坤，李世華，杜陳君

(天生橋一級(jí)水力發(fā)電廠，貴州 黔西南 562400)

0 引言

某電站位于貴州省安龍縣和廣西壯族自治區(qū)隆林各族自治縣交界處的珠江流域西江水系紅水河上游的南盤江上，電站總裝機(jī)容量為4×300 MW。1998年12月首臺(tái)機(jī)組投入運(yùn)行，2000年11月，4臺(tái)機(jī)組全部投入運(yùn)行，作為紅水河上級(jí)的龍頭電站，在國(guó)家“西電東送”中起到重要作用。

該電站主變冷卻器是由西安變壓器廠生產(chǎn)的ZBK41007-89型強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻器。根據(jù)變壓器的負(fù)荷情況(空載、75 %額定負(fù)荷及以下，75 %額定負(fù)荷以上)、變壓器頂層油溫，使用風(fēng)冷卻器臺(tái)數(shù)=(1.5×變壓器75 ℃時(shí)總損耗，kW)/(所選單臺(tái)風(fēng)冷卻器額定冷卻容量，kW)。冷卻器在變壓器中起到了冷卻的作用，其能夠有效地降低變壓器的溫度，使變壓器散發(fā)的熱能與產(chǎn)生的熱能達(dá)到平衡，防止變壓器超溫跳閘。根據(jù)DL/T 572—2010《電力變壓器運(yùn)行規(guī)程》，對(duì)于強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷和強(qiáng)迫油循環(huán)水冷變壓器，在運(yùn)行中，當(dāng)冷卻系統(tǒng)發(fā)生故障切除全部冷卻器時(shí)，變壓器在額定負(fù)載下允許運(yùn)行20 min。當(dāng)油面溫度尚未達(dá)到75 ℃時(shí)，允許上升到75 ℃，但冷卻器全停的最長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間不得超過1 h。這是因?yàn)閺?qiáng)油循環(huán)冷卻風(fēng)冷或水冷變壓器冷卻器全停，在負(fù)荷和環(huán)境溫度不變的情況下，變壓器繞組溫度、油面溫度上升超時(shí)運(yùn)行時(shí)，將對(duì)變壓器內(nèi)部絕緣材料造成很大威脅，會(huì)加速絕緣老化；如果處理不及時(shí)或處理不當(dāng)，甚至?xí)斐勺儔浩骼@組絕緣擊穿損壞或更大的電網(wǎng)事故。

1 事件經(jīng)過

2021-08-06T15：14：54上位機(jī)報(bào)“3 號(hào)主變溫度異?！保锌刂蛋鄦T立即查看上位機(jī)全廠溫度監(jiān)視頁(yè)面，發(fā)現(xiàn)此時(shí)3號(hào)機(jī)主變溫度70.1 ℃，查看工業(yè)電視發(fā)現(xiàn)3號(hào)主變冷卻器全停，一名值班員立即前往現(xiàn)場(chǎng)，一名值班員電話通知值長(zhǎng)及檢修相關(guān)人員。

現(xiàn)地檢查主變冷卻器控制柜有事件記錄：2021-08-06T14：42：03 K 連接中斷：PLC1，站 2，機(jī)架0 (該信息表示觸摸屏與CPU通信中斷)。3號(hào)發(fā)變組保護(hù)無報(bào)警信號(hào)。值班員手動(dòng)啟動(dòng)3號(hào)機(jī)組5組主變冷卻器，3號(hào)主變溫度開始逐漸下降至正常值。

15：20接值長(zhǎng)令，開啟2號(hào)機(jī)組并網(wǎng)進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移。15：54 3號(hào)機(jī)組停穩(wěn)。

查詢歷史曲線發(fā)現(xiàn)：3號(hào)主變溫度于14：41由60.7 ℃左右開始爬升，至 15：23 溫度達(dá)到 70 ℃，上位機(jī)報(bào)“3號(hào)主變溫度異?！?。

2 事件檢查情況

技術(shù)人員趕到現(xiàn)場(chǎng)后，至3號(hào)機(jī)單機(jī)室檢查發(fā)現(xiàn)3號(hào)機(jī)發(fā)變組保護(hù)A屏非電氣量保護(hù)裝置DGT801E未收到3號(hào)機(jī)主變冷卻器全停信號(hào)，未見異常。

現(xiàn)地檢查3號(hào)機(jī)組400 V自用電a段主變冷卻器1號(hào)電源4321及自用電b段主變冷卻器2號(hào)電源4326均未跳閘，兩路電源均正常供電。

現(xiàn)地檢查主變冷卻器控制柜有事件記錄：2021-08-06T14：42：03 K 連接中斷：PLC1，站 2，機(jī)架0 (該信息表示觸摸屏與CPU通信中斷)，3號(hào)主變冷卻器控制系統(tǒng)PLC CPU運(yùn)行(RUN)指示燈未點(diǎn)亮，停止運(yùn)行(STOP)燈點(diǎn)亮，DO板件所有開出信號(hào)燈熄滅，未開出3號(hào)主變冷卻器全停信號(hào)給發(fā)變組保護(hù)裝置。

3 事件原因分析

3號(hào)主變冷卻器控制系統(tǒng)PLC故障是本次事件的直接原因。主變冷卻器控制系統(tǒng)所有報(bào)警信號(hào)均由主變冷卻器控制系統(tǒng)PLC開出(均使用常開接點(diǎn))，3號(hào)主變冷卻器控制系統(tǒng)PLC故障后，主變冷卻器停運(yùn)且報(bào)警信號(hào)不能正常開出給發(fā)變組保護(hù)及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，導(dǎo)致該事件的發(fā)生。計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)“3號(hào)主變溫度異常”報(bào)警信號(hào)由3號(hào)主變油溫表計(jì)直送機(jī)組LCU，在本次事件中起到了間接報(bào)警作用。

4 技術(shù)改造方向

(1) 更換3號(hào)主變冷卻器控制系統(tǒng)PLC CPU板件，故障板件返廠檢測(cè)。將現(xiàn)場(chǎng)檢查處理情況反饋給設(shè)備廠家技術(shù)人員，并查閱西門子PLC技術(shù)資料，無法準(zhǔn)確查明PLC故障原因。

(2) 優(yōu)化主變冷卻器控制功能。此事件暴露出了原有控制功能不完善的問題，當(dāng)PLC故障時(shí)主變冷卻器應(yīng)能繼續(xù)保持原有狀態(tài)運(yùn)行。盡快開展調(diào)研工作，咨詢?cè)O(shè)備廠家和類似電廠，掌握新的技術(shù)控制措施，將PLC開出命令改為脈沖量，增加主變冷卻器運(yùn)行自保持回路，確保PLC故障時(shí)主變冷卻器不會(huì)停止運(yùn)行。

(3) 進(jìn)一步完善至機(jī)組現(xiàn)地控制單元(local contorl unit，LCU)的信號(hào)回路。此事件暴露出了原有信號(hào)回路設(shè)計(jì)不完善的問題，如沒有將PLC故障信號(hào)上送監(jiān)控，沒有直接監(jiān)測(cè)主變冷卻器全停的信號(hào)回路等。在2021—2022年機(jī)組檢修期修改新增信號(hào)回路，將主變冷卻器控制系統(tǒng)PLC故障上送監(jiān)控信號(hào)；設(shè)計(jì)直接監(jiān)測(cè)主變冷卻器全停的信號(hào)回路，當(dāng)PLC故障時(shí)也能直接監(jiān)測(cè)冷卻器狀態(tài)。

(4) 完善主變冷卻器控制系統(tǒng)GPS對(duì)時(shí)回路。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備情況，增加主變冷卻器控制系統(tǒng)GPS對(duì)時(shí)回路。

5 設(shè)備改造措施

在不更換主變冷卻器系統(tǒng)控制柜的前提下，通過升級(jí)硬件、新增電氣元器件、現(xiàn)場(chǎng)配線、更新PLC軟件完成此次系統(tǒng)優(yōu)化工作。主要措施內(nèi)容如下：

(1) 主變冷卻器控制系統(tǒng)硬件升級(jí)，包括新增元器件、Modbus/TCP通信裝置、交換機(jī)等。

(2) 主變冷卻器控制柜內(nèi)部回路優(yōu)化，包括動(dòng)力回路、控制回路和報(bào)警回路設(shè)計(jì)優(yōu)化及現(xiàn)場(chǎng)配線工作。

(3) 主變冷卻器控制系統(tǒng)PLC軟件優(yōu)化，完善系統(tǒng)相關(guān)控制策略、報(bào)警策略和信號(hào)輸出；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相關(guān)信號(hào)經(jīng)Modbus/TCP通信上送監(jiān)控系統(tǒng)功能；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)時(shí)功能。

(4) 系統(tǒng)新增信號(hào)電纜、光纜敷設(shè)及接入工作。

(5) 系統(tǒng)調(diào)試、試驗(yàn)工作。

6 PLC程序升級(jí)

(1) 將PLC故障、停運(yùn)信號(hào)上送監(jiān)控LCU(通過常閉信號(hào)上送，確保PLC停運(yùn)時(shí)也能上送)。按圖紙接線，將原“系統(tǒng)故障”上送信號(hào)繼電器K25的常開接點(diǎn)(1，4)改為常閉接點(diǎn)(1，5)；增加PLC停運(yùn)上送信號(hào)，將PLC運(yùn)行開出繼電器K33的常閉接點(diǎn)(1，5)接入，1接公共端(K29-1)，5上端子XO1-30，電路如圖1所示。

圖1 PLC故障電路(局部)

(2) 增加冷卻器全停硬接線信號(hào)上送監(jiān)控。斷路器合閘位置(擴(kuò)展繼電器KB1)+5組油泵KM接觸器常閉接點(diǎn)+時(shí)間繼電器KT1 (躲過抖動(dòng)和延時(shí))=冷卻器全停硬接線信號(hào)；安裝新增繼電器KB1、時(shí)間繼電器KT1，然后按電路圖配線，電路如圖2所示。

圖2 冷卻器故障電路(局部)

(3) 主變冷卻器自動(dòng)控制回路加自保持，在原有的冷卻器啟動(dòng)器繼電器K1～K5開出接點(diǎn)(1，4)上分別并接對(duì)應(yīng)冷卻器組的油泵接觸器1KM1～5KM1常開觸點(diǎn)(23，24)；將備用繼電器K34～K38改為5組冷卻器的停止繼電器，將各對(duì)應(yīng)的常閉接點(diǎn)(8，11)接入自動(dòng)控制回路，按圖紙接線。以3號(hào)冷卻器為例，電路如圖3所示。

圖3 主變冷卻器自動(dòng)控制回路(局部)

(4) PLC流程修改，將原有的啟動(dòng)冷卻器開出命令改為脈沖開出，同時(shí)增加停止冷卻器脈沖開出。

(5) 增加Modbus/TCP通信模塊，將主變冷卻器控制系統(tǒng)所有的DI，DO及故障信號(hào)上送，制定相應(yīng)的通信點(diǎn)表。

(6) PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)功能。改造后的PLC具備NTP對(duì)時(shí)接口，可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)NTP對(duì)時(shí)功能。

7 結(jié)束語

主變冷卻器對(duì)電站十分重要，它能夠控制主變壓器的溫度，使主變壓器能夠穩(wěn)定運(yùn)行，從而讓電站能夠穩(wěn)定可靠地進(jìn)行工作。通過對(duì)冷卻器控制柜PLC硬件設(shè)備的改造及程序升級(jí)，使得冷卻器能夠更加安全穩(wěn)定運(yùn)行，杜絕與上述事件類似的不安全事件的發(fā)生。