云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司玉溪供電局 楊 杰 雷亞蘭 李建東 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司楚雄供電局 楊家凱

1 引言

電力變壓器在運(yùn)行過(guò)程中功損耗會(huì)轉(zhuǎn)化為熱量，使變壓器油溫升高。變壓器油溫度升高后需要啟動(dòng)散熱器來(lái)冷卻，如果變壓器上層油溫長(zhǎng)期超過(guò)105℃運(yùn)行，則會(huì)縮短變壓器壽命，變壓器上層油溫度長(zhǎng)期超過(guò)113（105+8）℃運(yùn)行，變壓器的壽命會(huì)縮短50%，若變壓器的上層油溫度長(zhǎng)期超過(guò)121（105+16）℃運(yùn)行，變壓器的壽命就會(huì)縮短75%。因此，冷卻系統(tǒng)對(duì)電力變壓器安全運(yùn)行較為重要[1]。

2 事件經(jīng)過(guò)

2019年5月23日14時(shí)50分，某局110kV某變電站2號(hào)主變壓器上層油溫達(dá)到87.5℃，主變負(fù)荷達(dá)到47MVA（變壓器容量為50MVA），監(jiān)控后臺(tái)發(fā)出110kV 2號(hào)主變風(fēng)扇啟動(dòng)信號(hào)，通知現(xiàn)場(chǎng)巡視維護(hù)人員前去檢查，2號(hào)主變壓器本體信號(hào)溫度計(jì)指示為87℃，與后臺(tái)監(jiān)護(hù)接近，變壓器風(fēng)扇均未運(yùn)轉(zhuǎn)。在監(jiān)控人員指揮下，檢修人員將風(fēng)扇控制模式由“自動(dòng)控制”切換到“手動(dòng)控制”模式，風(fēng)扇未啟動(dòng)。檢查風(fēng)冷控制電源指示燈未發(fā)現(xiàn)異常，但發(fā)現(xiàn)冷控箱內(nèi)有刺鼻的味道。檢修人員立即匯報(bào)調(diào)度，對(duì)變壓器進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整后，溫度下降至68℃。上報(bào)缺陷后，檢修人員立即趕往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維護(hù)處理，下午19：10，交流接觸器更換完畢，手動(dòng)模式啟動(dòng)風(fēng)扇正常，切到自動(dòng)模式時(shí)，變壓器溫度在57℃時(shí)，風(fēng)扇啟動(dòng)正常。變壓器上層油溫下降至44℃時(shí)，PLC輸出繼電器ZJ接點(diǎn)斷開(kāi)交流接觸器K失電，冷卻風(fēng)扇停止了運(yùn)行，說(shuō)明更換后正常[2]。變壓器冷卻器在開(kāi)關(guān)量控制模式下，短接WJ2接點(diǎn)，在短接WJ1接點(diǎn)時(shí)冷卻風(fēng)扇啟動(dòng)，斷開(kāi)WJ1后冷卻風(fēng)扇繼續(xù)運(yùn)行，再斷開(kāi)WJ2接點(diǎn)后冷卻風(fēng)扇停止了運(yùn)行，說(shuō)明更換交流接觸器K后故障排除。

2019年6月18日15時(shí)20分，該站2號(hào)主變上層油溫為58.7℃，主變負(fù)荷達(dá)到43.4MVA，監(jiān)控后臺(tái)發(fā)出110kV 2號(hào)主變風(fēng)扇啟動(dòng)信號(hào)，通知現(xiàn)場(chǎng)檢修人員前去檢查，2號(hào)主變壓器本體信號(hào)溫度計(jì)指示為59℃，與后臺(tái)監(jiān)護(hù)接近，通過(guò)檢修部人員到現(xiàn)場(chǎng)檢查情況，打開(kāi)冷控箱時(shí)發(fā)現(xiàn)箱內(nèi)有刺鼻味道，重點(diǎn)檢查上月更換后的新接LC1D32交流接觸器時(shí)，發(fā)現(xiàn)交流接觸器上方接線有黃色油狀物，從黃色油狀物可判斷交流接觸器線圈可能燒壞。現(xiàn)場(chǎng)申請(qǐng)將風(fēng)冷切換到手動(dòng)檢查風(fēng)扇能否啟動(dòng)，切換至手動(dòng)模式后，風(fēng)扇未啟動(dòng)。由此判斷，接觸器LC1D32接觸燒壞，再次匯報(bào)故障，等待檢修人員前來(lái)處理。檢修人員更換接觸器后，切換手動(dòng)啟動(dòng)模式時(shí)好時(shí)壞。

3 變壓器風(fēng)冷回路工作原理

找出風(fēng)冷控制回路電路原理圖如圖1、圖2所示。PLC外部接線原理圖（圖1），其是電力變壓器風(fēng)冷控制系統(tǒng)的核心，由PLC和AC/DC直流開(kāi)關(guān)電源組成。AC/DC開(kāi)關(guān)電源模塊將220V工頻市電整流轉(zhuǎn)換成24V的直流電源，供給PLC使用。PLC接入了兩路開(kāi)關(guān)量，其來(lái)自變壓器上層油溫信號(hào)溫度計(jì)，一路是變壓器上層油溫超過(guò)55℃時(shí)，WJ1閉合接點(diǎn)閉合，ZJ接點(diǎn)接通勵(lì)磁，交流接觸器K帶電吸合，冷卻風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)。另一路是變壓器上層溫度低于45℃時(shí)，WJ2接點(diǎn)斷開(kāi)，ZJ接點(diǎn)失電斷開(kāi)，交流接觸器K失帶電接點(diǎn)斷開(kāi)，冷卻風(fēng)扇停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1 PLC外部接線原理圖

圖2 變壓器風(fēng)冷強(qiáng)電回路圖

圖1中，PLC中有一路輸入模擬量，即變壓器的上層油溫變送器B，油溫變送器B輸出4～20mA電流（對(duì)應(yīng)著0～160℃的上層油溫），實(shí)現(xiàn)了變壓器上層油溫度的遠(yuǎn)方傳送。變壓器上層油溫高于55℃時(shí)，ZJ接點(diǎn)接通，交流接觸器K帶電吸合，冷卻風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)。變壓器上層溫度低于45℃時(shí)，ZJ接點(diǎn)斷開(kāi)，交流接觸器K失帶電接點(diǎn)斷開(kāi)，冷卻風(fēng)扇停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

PLC可工作模式控制模式開(kāi)關(guān)K1。K1斷開(kāi)時(shí)為“開(kāi)關(guān)量輸入控制”模式，接通時(shí)為“模擬量輸入控制”模式。K2為變壓器風(fēng)冷系統(tǒng)控制方式開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)時(shí)為“自動(dòng)控制”方式，接通時(shí)為“手動(dòng)控制”方式。

4 交流接觸器工作原理

交流接觸器的燒毀原因分析。一般來(lái)說(shuō)，交流接觸器在額定電壓工作狀態(tài)下工作并不會(huì)燒毀[3]。造成交流接觸器燒毀的原因主要有以下幾方面。

4.1 交流接觸器的結(jié)構(gòu)和工作原理（如圖3所示）

圖3中，交流接觸器由鐵芯、銜鐵、彈簧、線圈、觸點(diǎn)、短路環(huán)等主要部件組成，線圈帶電時(shí)，鐵芯中產(chǎn)生了磁通，銜鐵在電磁力的作用下克服彈簧阻力使向鐵芯方向（右）運(yùn)動(dòng)，常開(kāi)接點(diǎn)閉合，實(shí)現(xiàn)了其預(yù)定的功能。由于交流電流要過(guò)零點(diǎn)，電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)，觸器鐵芯中的磁通過(guò)零點(diǎn)，鐵芯失磁，接觸器常開(kāi)接點(diǎn)就會(huì)斷開(kāi)，為了防止該問(wèn)題，在鐵芯上安裝了短路環(huán)，當(dāng)線圈中的電流過(guò)零時(shí)，短路環(huán)中有電流，這個(gè)電流可以防止鐵芯中線圈電流過(guò)零時(shí)的磁通過(guò)零接點(diǎn)斷開(kāi)。

圖3 交流接觸器的結(jié)構(gòu)

4.2 交流接觸燒毀的原因

由于交流電流通過(guò)接觸器的線圈時(shí)，線圈會(huì)呈現(xiàn)出阻抗，所以交流觸器的線圈匝數(shù)少，直流電阻小，工作時(shí)線圈中的電流是靠線圈的交流阻抗來(lái)限制的，交流阻抗又與鐵芯中的磁阻有關(guān)，若磁阻大，線圈的阻抗減小，通過(guò)線路的電流就會(huì)增大，長(zhǎng)時(shí)間下可使線圈發(fā)熱燒毀。

線圈阻抗減小有以下幾點(diǎn)原因：一是當(dāng)線圈的電壓低至額定電壓的50%啟動(dòng)時(shí)，銜鐵不吸合，磁路是長(zhǎng)的，這時(shí)線圈阻抗減小，流過(guò)線圈的電流增大，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行線圈就會(huì)燒毀。二是在額定工作下啟動(dòng)，銜鐵卡死不動(dòng)，此時(shí)交流接觸器的阻抗變小，線圈中流過(guò)的電流可達(dá)正常工作時(shí)的10倍左右，交流接觸器則會(huì)燒壞[4]。

5 對(duì)交流接觸器運(yùn)行試驗(yàn)

下文對(duì)燒毀的交流接觸器進(jìn)行試驗(yàn)（額定工作電動(dòng)為AC 230V 50Hz），見(jiàn)表1、表2。

表1 測(cè)量得到參數(shù)1

表2 測(cè)量得到參數(shù)2

從表1數(shù)據(jù)可以看出，LC1D32M7C交流接器正常工作時(shí)線圈電流為32mA，銜鐵卡死，線圈電流會(huì)達(dá)123mA，時(shí)間長(zhǎng)了線圈就會(huì)燒毀。

通過(guò)上文試驗(yàn)可以得出結(jié)論：一是交流接觸器在額定電壓下，銜鐵卡滯，線圈燒毀。二是交流接觸器在50%額定電壓下不能吸合時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間下線圈會(huì)燒毀。三是交流接觸器在額定電壓下長(zhǎng)時(shí)間不停上電、斷電，線圈會(huì)過(guò)流，長(zhǎng)時(shí)間下線圈則會(huì)燒毀。

6 分析及處理

在實(shí)際工作中，由于更換的交流接觸器是合格產(chǎn)品，說(shuō)明接觸器沒(méi)有問(wèn)題。所以，只要交流接觸器的銜鐵不卡滯，燒壞線圈的原因有可能是接觸器的回路接觸不良，時(shí)線圈長(zhǎng)時(shí)間不停上電、斷電所致[5]。

對(duì)圖1中接觸器所有接線端子進(jìn)行檢查，重點(diǎn)檢查開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行是否正常，同時(shí)檢查圖2中接觸器接線回路有無(wú)螺絲松動(dòng)等情況。檢查圖1部分時(shí)，發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電源指示燈閃爍，測(cè)量開(kāi)關(guān)電源輸出電壓不穩(wěn)定，電壓時(shí)有時(shí)無(wú)，交流接觸器K的接點(diǎn)時(shí)接時(shí)斷。檢查圖2中各連接端子，未發(fā)現(xiàn)接線螺絲松動(dòng)以及端子發(fā)熱等異常情況。

從以上檢查結(jié)果來(lái)看，判斷為接24V開(kāi)關(guān)電源故障，更換一塊體積相同，品質(zhì)更高的24V/3A的開(kāi)關(guān)電源后故障消失，經(jīng)過(guò)觀察，風(fēng)冷系統(tǒng)運(yùn)行正常。

在可靠性要求更高的回路中，采用直流接觸器代替交流接觸器，直流接觸器線圈燒毀的可能性小，可靠性高。直流接觸器是指鐵芯為直流控制的接觸器，其負(fù)載可以控制直流負(fù)載，也可以是交流負(fù)載。直流接觸器的鐵芯與交流接觸器不同，其沒(méi)有渦流的存在，因此一般用軟鋼或工業(yè)純鐵制成圓形，由于直流接觸器的吸引線圈通以直流，所以沒(méi)有沖擊的啟動(dòng)電流，也不會(huì)產(chǎn)生鐵芯猛烈撞擊現(xiàn)象，因而壽命長(zhǎng)，適用于頻繁啟停的場(chǎng)合。交、直流接觸器的選用可根據(jù)線路的工作電壓和電流查電器產(chǎn)品目錄。

7 直流接觸器的選用方式

選擇直流接觸器的類型。直流接觸器的類型應(yīng)根據(jù)負(fù)載電流的類型和負(fù)載的輕重來(lái)選擇，即是交流負(fù)載還是直流負(fù)載，被控制的負(fù)載電流要小于接觸額定工作電流。

直流接觸器主觸頭的額定電流。直流接觸器主觸頭的額定電流可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算IN主觸頭≥PN電機(jī)/(1～1.4）UN電機(jī)，如果直流接觸器控制的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)或反轉(zhuǎn)頻繁，一般將接觸器主觸頭的額定電流降一級(jí)使用。

主觸頭的額定電壓。接觸器銘牌上所標(biāo)電壓系指主觸頭能承受的額定電壓，并非吸引線圈的電壓，使用時(shí)接觸器主觸頭的額定電壓應(yīng)不小于負(fù)載的額定電壓。

操作頻率的選擇。操作頻率是指接觸器每小時(shí)通斷的次數(shù)，當(dāng)通斷電流較大及通斷頻率過(guò)高時(shí)，會(huì)引起觸頭嚴(yán)重過(guò)熱，甚至熔焊，操作頻率若超過(guò)規(guī)定數(shù)值，應(yīng)選用額定電流大一級(jí)的直流接觸器。

線圈額定電壓的選擇。線圈額定電壓不一定等于主觸頭的額定電壓，當(dāng)線路簡(jiǎn)單使用電器少時(shí)，可直接選用380V或220V的電壓，如線路復(fù)雜使用電器超過(guò)5h，可用24V、48V或110V電壓（1964年國(guó)際規(guī)定為36V、110V或127V）的線圈。

8 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)變壓器風(fēng)冷回路故障的分析與處理，證明了一般檢修人員認(rèn)為交流接觸器與直流接觸器相同，在額定電壓下運(yùn)行時(shí)不易燒毀的錯(cuò)誤思維模式。交流接觸運(yùn)行中，若是銜鐵卡滯，交流接觸則會(huì)燒毀，若是交流接觸器線圈回路接觸不良，交流觸接器長(zhǎng)時(shí)間跳閘，也會(huì)使其過(guò)熱燒毀線圈。所以更換交流接觸器后，要認(rèn)真、全面檢查整個(gè)回路的接線堅(jiān)固，回路繼電器觸點(diǎn)也應(yīng)完好，不能頻繁地時(shí)而接通，時(shí)而斷開(kāi)，使接觸器長(zhǎng)時(shí)間上電、斷而燒毀。同時(shí)要檢查接觸器的電源，確保交流接觸器正常供電。在可靠性要求較高的回路中，可采用燒毀概率更小的直流接觸器代替交流接觸器。