提高干式变超温跳闸可靠工作性方法

提高干式变超温跳闸可靠工作性方法

陈科江，陈熙平，廖晋伟

（雅砻江流域水电开发有限公司，成都 610051）

摘要：某大型水电站的励磁变、厂高变均安装有变压器温度控制器，通过温度控制器输出报警、跳闸接点至发电机机组非电量保护装置来实现励磁变、厂高变的超温报警、跳闸功能。但该功能需要通过安装在变压器绕组内的Pt100铂热电阻来判断绕组内部温度实现，因而存在测温铂电阻出现故障导致温度控制器误输出报警、跳闸信号，致使励磁变、厂高变对应发电机机组误动作跳闸的情况。为了避免该误动作事件的发生，本文提出了一种通过在监控系统中增加励磁变、厂高变跳闸判据，同时结合原温度控制器判据共同实现变压器超温保护功能，以此提高超温跳闸动作的可靠性。

关键词：温度保护、干式变压器、铂热电阻、可靠性

0前言

电力干式变压器的安全运行和使用寿命，很大程度上取决于变压器绕组的安全可靠。而绕组温度超过绝缘耐受温度致使绝缘破坏，是导致变压器不能正常工作的主要原因之一。因此为实时监测干式变压器的绕组及铁心温度，行业内普遍采用温度控制器来实现干式变的温度监控及温度保护功能[1]。

温度控制器的基本原理是利用预埋在干式变压器三相绕组中的线性高精度Pt100铂热电阻（RTD）来检测及显示变压器绕组的温升。即温度控制器通过采集Pt100铂热电阻的阻值得到变压器绕组内的温度信号，并根据该温度信号，一方面通过面板显示其温度值；另一方面通过逻辑算法，当该温度超过设定值时，发出相应的控制输出，指令风机启停、报警或跳闸等，保证变压器的安全运行。

其中超高温报警及跳闸是指：当变压器绕组的温度值达到设定的超温报警/跳闸温度值时，温度控制器发出报警声，同时温度控制器的报警/跳闸端子输出相应开关信号至远方的控制中心以启动报警/跳闸电路。

然而多数温度控制器的温度量仅通过采集单一的RTD阻值获得，而干式变中温度普遍较高，预埋在绕组中的RTD因长期工作在高温干燥的环境下，容易加速老化出现故障。当干式变中任意一处RTD出现故障或回路接线由于振动松脱，都将会导致温度控制器温度测量出现问题，存在温控器温度保护误开出跳闸的风险，严重者甚至会导致发电机机组误动作跳闸。

1干式变温度保护的基本配置

某大型水电站的励磁变压器、厂用高压变压器均为分相式干式变压器，容量分别为3MVA、6.3MVA，变压器外部三相均安装有温度控制器，温度控制器利用预埋在变压器三相绕组中的高精度RTD来检测及显示变压器绕组的温度变化情况，同时具有超温报警及超高温跳闸控制功能，当变压器绕组温度超过设定的定值时发出相应的报警或跳闸信号，保证变压器的安全运行。电站内励磁变和厂高变跳闸功能均通过将温度控制器的报警信号与跳闸信号串联后送至机组非电量保护装置中实现，其逻辑如图1所示。当出现某台变压器绕组温度过高需切除该台变压器时，作为对应机组的重要负荷，切除该台变压器的同时非电量保护装置将会联切发电机和主变压器，导致该发变组解列停运。

图1  励磁变、厂高变温度保护改进前逻辑图

2温度保护存在的问题

由于该水电站励磁变与厂高变温度控制器都只通过采集的一组RTD温度量来实现变压器绕组温度显示及报警跳闸功能。当励磁变（厂高变）中任一相测温RTD故障，使得励磁变（厂高变）绕组温度测量值缓慢上升，但实际励磁变（厂高变）绕组温度正常，从而引发温度控制器误开出温度过高跳闸信号，将会导致励磁变（厂高变）非电量保护误动作跳闸，误切变压器和对应机组。

3改进措施

针对该水电站励磁变与厂高变温度保护中超温跳闸功能可靠性不足的问题，结合水电站目前在装设备及方案可行性方面综合考虑，可以通过在励磁变、厂高变每相绕组内额外增加一组测温RTD，并将该组RTD测量的绕组温度信息送至对应机组的监控系统，在监控系统中设置励磁变和厂高变温度过高跳闸逻辑，当检测绕组温度达到设定温度定值时动作（设定温度过高跳闸定值与温度控制器一致）。同时将励磁变、厂高变的温度控制器送出的温度过高跳闸接点分别与监控系统逻辑判断后送出的励磁变、厂高变温度过高跳闸接点串联，从而提高励磁变、厂高变非电量跳闸保护的可靠性，防止误动。此外，该项方案还可防止因温度控制器故障，导致励磁变、厂高变非电量保护误动作。改进后励磁变、厂高变非电量保护跳闸逻辑如图2所示。

图2励磁变、厂高变温度保护改进后逻辑图

4试验验证

在励磁变、厂高变每相内增加一组送至监控系统测温RTD完成后，主要通过以下试验验证励磁变、厂高变超温跳闸保护功能：

（1）现场通过多功能计量炉依次将三相绕组中的每个RTD探头单个加热，以此模拟单个RTD出现故障导致温度控制器或监控系统误开出变压器超温跳闸信号。结果当温度控制器、监控系统任一出现故障开出跳闸信号后，非电量保护装置均未收到超温保护跳闸信号，机组正常运行。

（2）现场通过多功能计量炉同时加热三相绕组中温控器、监控系统所属同一相的两个RTD探头，当探头温度上升到超温跳闸设置定值时，非电量保护装置收到超温保护跳闸信号，非电量装置发出联切发变组信号（实际将联切发变组信号回路断开，通过万用表测量回路通断检测）。

5成效

（1）通过改进励磁变、厂高变温度保护逻辑，将变压器温度保护引入监控系统，实现了超温跳闸保护功能的“双重化配置”，大幅增加了变压器超温跳闸保护动作的可靠性。同时通过将变压器绕组温度信息引入监控系统，则可进一步实现远程监控、查看变压器绕组温度信息，便于及时发现励磁变、厂高变运行中出现的温度异常情况；

（2）由于增加了监控系统温度保护的逻辑，更进一步避免了当励磁变、厂高变温度控制器出现故障，误开出超温跳闸信号至机组非电量保护装置导致机组误切机的情况；

（3）相比更换、升级变压器温度控制器来提升变压器超温跳闸动作可靠性的方式，本方案的实施更具有简便性和经济性，节省了温控器升级带来的巨额费用，提升了电站的经济效益。

6经验总结

本次案例中，通过机组检修时的思考与扩展，发现了励磁变、厂高变超温跳闸保护功能设计方面存在的可靠性不足的问题，结合现场已有设备情况、方案实施可行性以及经济、人工成本等多方面综合考虑，提出了该项设备优化改进方案，并取得了优异的成效，总结出了以下两点经验：

（1）机组设备多数在投产后都会出现功能不够完善的情况，因此需要结合平时工作经验及相关技术指南、规程等对设备功能进行全面的排查梳理，工作过程中积极思考，主动提出问题、解决问题。例如本次案例中考虑到RTD长期工作在高温条件下，设备元器件容易加速老化出现故障，因此便需要考虑到设备元件出现故障后将会导致哪些严重的后果，同时积极采取办法避免故障的出现；

（2）解决现场设备问题时，应当突破常规的思维限制，主动提出创新，优化以往固有的经验方法，推陈出新，从而达到更好的效果。本次案例的解决方案，便是摒弃了传统固有的以更换变压器温控器来解决问题的方式，而是全面结合现有条件，化繁为简。在降低了方案实现难度的同时，还进一步提升了设备功能的全面性和可靠性，起到了一举两得的效果。

参考文献：

[1] 陈熙平等.干式变压器非电量保护优化与应用[J].大电机技术,2021（8）：92-94.