張瑞斌，宋文修，吳南鵬

（大亞灣核電運(yùn)營管理有限責(zé)任公司，廣東 深圳518124）

1 引言

電力變壓器是核電廠安全生產(chǎn)的重要系統(tǒng)，負(fù)責(zé)將電能輸出至電網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電能的傳遞。變壓器在正常運(yùn)行時(shí)，其自身產(chǎn)生的熱量，通過變壓器油的冷卻循環(huán)，經(jīng)散熱器組釋放到外界，維持變壓器本體的運(yùn)行溫度在一個(gè)良好水平。

為了保證變壓器的安全運(yùn)行，要隨時(shí)檢測(cè)變壓器的油溫并由冷卻控制裝置使其維持在一個(gè)固定的范圍內(nèi)[1]。冷卻系統(tǒng)中存在的各種潛在不利因素嚴(yán)重影響著變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行，如果由于某種原因?qū)е吕鋮s裝置運(yùn)行異常，會(huì)引起變壓器失去冷卻，超過一定的時(shí)間時(shí)需停機(jī)處理。

2 情況介紹

從2012年開始，某核電廠主變壓器冷卻系統(tǒng)陸續(xù)出現(xiàn)多起單列冷卻組異常停運(yùn)、主變B相冷卻系統(tǒng)全部失去事件，嚴(yán)重影響主變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1 回路端子故障

主控出現(xiàn)冷卻器故障報(bào)警，現(xiàn)操檢查發(fā)現(xiàn)101AR內(nèi)有焦糊味，將主變A相冷卻模式由“模式V”恢復(fù)至“模式IV”,報(bào)警消失；現(xiàn)場(chǎng)檢查131XS動(dòng)作斷開，下游回路131BN端子接線端子發(fā)生短路，103RF不可用。

2.2 熱偶繼電器動(dòng)作斷開

主控出現(xiàn)冷卻器故障報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)檢查104RF故障燈亮，按操作單投運(yùn)備運(yùn)列冷卻器，報(bào)警消失；檢查141XS動(dòng)作斷開，104RF不可用。

2.3 熱繼電器開路

主控觸發(fā)主變C相故障報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)301RF故障停運(yùn)；檢查314XS動(dòng)作斷開，電阻為10歐姆（正常小于0.1歐姆），301RF不可用。

2.4 冷卻電源停運(yùn)

主控出現(xiàn)冷卻器全停報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)檢查主變B相冷卻風(fēng)扇/油泵全部停運(yùn)，現(xiàn)場(chǎng)將冷卻電源由Ⅱ路切換至Ⅰ路后，主變B相四組冷卻風(fēng)扇和油泵啟動(dòng),期間主變B相繞組溫度由76℃上漲至95℃；主變B相冷卻風(fēng)扇和油泵啟動(dòng)后，繞組溫度開始緩慢下降。隨后現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)為003FUB/C相保險(xiǎn)動(dòng)作斷開，主變B相冷卻電源短時(shí)失去。

3 原因分析

進(jìn)一步對(duì)冷卻系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀進(jìn)行多次跟蹤分析，定位故障原因主要在以下幾個(gè)方面：

3.1 冷卻系統(tǒng)控制回路運(yùn)行環(huán)境溫度偏高

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，用于控制冷卻系統(tǒng)的電氣部件運(yùn)行平均環(huán)境溫度超過40℃，影響控制回路正常運(yùn)行。

3.2 冷卻系統(tǒng)控制系統(tǒng)振動(dòng)量偏大

為核實(shí)振動(dòng)量對(duì)冷卻系統(tǒng)的影響，選取一組熱繼電器進(jìn)行模擬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)定值設(shè)置在5.5A及以上時(shí)，振動(dòng)因素會(huì)引起熱繼電器跳閘。

表1 熱繼電器在振動(dòng)因素下動(dòng)作情況

控制柜體側(cè)掛于主變壓器本體側(cè)，變壓器運(yùn)行期間正常振動(dòng)量直接傳遞至控制柜體，這一振動(dòng)量作用于控制回路電氣元部件，使其誤動(dòng)作跳閘。

3.3 冷卻風(fēng)機(jī)熱繼電器自身熱量無法散出

用于保護(hù)冷卻風(fēng)機(jī)的熱繼電器在正常運(yùn)行期間，自身就有很大的發(fā)熱量，對(duì)比現(xiàn)場(chǎng)檢查，同類型的四個(gè)熱繼電器非常緊密地貼合在一起，四個(gè)部件疊加在一起，又加重了熱量的聚集，在自身熱量因素下疊加其他部件的熱量聚集，導(dǎo)致部件周圍長期聚集有很多的熱量，這對(duì)元器件的可靠運(yùn)行造成了很大的隱患。通過紅外成像檢查發(fā)現(xiàn)，熱繼電器長期運(yùn)行溫度處于55℃以上。

3.4 冷卻回路接線及端子存在變色等性能下降趨勢(shì)

設(shè)備運(yùn)行長久后，控制系統(tǒng)動(dòng)力回路等接線及端子存在變色等性能下降趨勢(shì)，疊加較高的環(huán)境溫度，很易發(fā)生回路接線異常導(dǎo)致冷卻系統(tǒng)不可用情況。

4 提升及改進(jìn)

4.1 解決柜體整體運(yùn)行溫度高的問題

原始設(shè)計(jì)加熱器長期處于投運(yùn)狀態(tài)，電氣部件運(yùn)行平均環(huán)境溫度超過40℃，冷卻裝置與線圈之間的熱交換面積小，無法實(shí)現(xiàn)良好的散熱冷卻效果[2]。新的設(shè)計(jì)方案中對(duì)冷卻系統(tǒng)控制柜體加熱模式進(jìn)行優(yōu)化，分析論證后對(duì)原有的長期加熱方式進(jìn)行修正，在加熱回路中增加了溫濕度控制節(jié)點(diǎn)，不影響柜體防潮功能的前提下，實(shí)現(xiàn)柜體溫度有效控制。

4.2 解決控制柜體運(yùn)行振動(dòng)高的問題

主變壓器運(yùn)行期間本體的振動(dòng)客觀存在，雖然可以通過加裝緩沖墊的方式緩解，但始終不能保證振動(dòng)量不進(jìn)行傳遞。如何在變壓器運(yùn)行期間，消除其振動(dòng)量的傳遞，是解決這一問題的關(guān)鍵。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)使用橫向平移替代柜體整體換型，在原有柜體底部靠近側(cè)方加裝支持鋼架，再局部吊起柜體下移。這樣一來，控制柜體原有的所有電力電纜不用進(jìn)行大范圍的移位或更換，無論電纜初始是不是留有裕度，都能得以解決，使柜體始終在一個(gè)小的范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)移，也保證其柜內(nèi)元器件的平穩(wěn)過渡。

使用新的固定支架后，如何使柜體在風(fēng)力作用下特別是臺(tái)風(fēng)季節(jié)不會(huì)晃動(dòng)，又成了新的問題；原來的支架在垂直方向進(jìn)行支撐，無法對(duì)橫向進(jìn)行拉伸固定。因此，在水平方向上也對(duì)柜體的固定進(jìn)行了改進(jìn)，左右各使用兩套橫向固定拉桿，在防火墻上設(shè)置固定錨點(diǎn)，對(duì)橫向拉桿進(jìn)行拉伸固定，解決了橫向受力的問題。

4.3 解決熱繼電器散熱難問題

變壓器冷卻裝置用交流繼電器作為其關(guān)鍵部件，它的可靠性直接關(guān)系到整個(gè)冷卻系統(tǒng)的可靠性[3]。如何不受其他部件熱量的影響成了解決這一問題需考量的因素，現(xiàn)場(chǎng)安裝空間確實(shí)狹小，對(duì)熱繼電器進(jìn)行拆分安裝的方式是不可行的。經(jīng)過詳細(xì)的論證分析，拆除熱繼電器格柵上的蓋板，同時(shí)使用跨接母排的方案，將熱繼電器初始并接線用跨接母排進(jìn)行替換，在目排設(shè)計(jì)上留有6～8mm的間距，不僅解決了部件散熱難的問題，也減少了該部位的大量電纜接線。

4.4 冷卻動(dòng)力電纜增容

完成變壓器控制柜冷卻器回路接線鼻子整體更換、接線及固定情況普查，消除端子接觸不良等因素。使用4mm的線纜更換了原有接線，同時(shí)采用接觸面更大的插口接線鼻子，保證了回路的良好接觸。

5 改進(jìn)實(shí)施效果

以上的改進(jìn)措施先行在2號(hào)機(jī)組主變上進(jìn)行應(yīng)用，在進(jìn)行以上的一系列技術(shù)改進(jìn)后，測(cè)量主變壓器冷卻控制柜體內(nèi)平均溫度整體降低約10℃；風(fēng)冷控制及保護(hù)回路元器件運(yùn)行溫度降低約15℃；在之后的一個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)未發(fā)生主變冷卻系統(tǒng)異常事件。該項(xiàng)目成果也已全部推廣至2號(hào)機(jī)主變冷卻裝置回路可靠性提升應(yīng)用，后續(xù)擬推廣基地內(nèi)外變壓器上進(jìn)行應(yīng)用。

6 結(jié)語

綜合對(duì)比發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)外變壓器組冷卻裝置的設(shè)計(jì)較多處于功能性設(shè)計(jì)面，往往現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)存在不足，用戶對(duì)設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境和工況是最清楚的，需結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行改進(jìn)，以提高設(shè)備運(yùn)行可靠性。

通過對(duì)一種提升變壓器冷卻回路可靠性方法進(jìn)行研究分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)比、分析并設(shè)計(jì)出一種更適應(yīng)于核電廠變壓器可靠性提升的系統(tǒng)性方法，在不斷的分析和論證中將方法加入到實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)，并通過考驗(yàn)。在很大程度上消除了各種外在和系統(tǒng)本身的不確定因素對(duì)可靠性的影響，較好地提升了變壓器冷卻裝置運(yùn)行可靠性，為變壓器的可靠運(yùn)行提供了有力保障。