变压器变压器冷却风扇控制回路故障诊断及温度控制器触点动作值的校准与备用回路切换

变压器冷却风扇控制回路故障诊断及温度控制器触点动作值的校准与备用回路切换

一、系统认知：冷却风扇控制回路的构成与工作原理

变压器冷却风扇控制回路是保障油浸式变压器安全运行的核心辅助系统。理解其构成是故障诊断的前提。

1.1 典型控制回路组成

1.2 控制逻辑时序

典型的大容量变压器采用分级控制策略：

• 第一级（55℃）：温控器第一组触点闭合 → 启动 辅助冷却风扇（通常1-2组）
• 第二级（65℃）：温控器第二组触点闭合 → 启动 全部冷却风扇
• 第三级（75℃）：温控器第三组触点闭合 → 发出 超温报警信号
• 第四级（85℃）：温控器第四组触点闭合 → 触发 变压器跳闸保护

注：具体温度值以厂家铭牌为准，上述为常见设定范围。

二、温度控制器触点动作值的现场校准

温度控制器触点的准确性直接决定风扇启停时机，现场运行中因机械疲劳、氧化等原因，实际动作值常发生漂移。

2.1 校准前的准备工作

断开 温控器与外部控制回路的所有接线，记录 原始接线编号与对应端子位置。准备 标准恒温油槽（精度±0.5℃）、二等标准水银温度计、万用表、绝缘电阻表。

检查 温控器感温包与毛细管有无损伤、折弯。毛细管最小弯曲半径不得小于50mm，避免 死折导致内部介质断流。

2.2 四组触点的逐点校准方法

2.2.1 第一组触点（启动第一组风扇，假设整定55℃）

设置 恒温油槽目标温度为53℃，待温度稳定后（波动小于0.2℃/分钟），将 温控器感温包完全浸入油槽。缓慢升温 至55℃，用 万用表电阻档监测触点通断状态。

观察 触点由断开到闭合瞬间的标准温度计示值。若 实际动作温度为57℃，则 调节温控器面板上的第一组整定螺钉，逆时针旋转约1/4圈（具体调节比例因型号而异，需参考说明书）。重新降温 至53℃再升温验证，反复调整直至动作误差在±2℃范围内。

2.2.2 第二、三、四组触点校准

依上述方法依次完成。关键注意事项：

• 升温过程必须缓慢均匀，速率控制在1℃/2分钟以内，模拟变压器实际温升特性
• 每组触点校准后必须做回程测试：升温至动作后，降温 观察返回值，确保 回差（动作值与返回值之差）在3-5℃范围内，防止触点抖动
• 第四组跳闸触点必须在专用校验台上进行，禁止 在运行变压器上直接测试

2.3 校准后的验证与记录

完成 全部四组触点后，进行 全行程模拟试验：从 室温开始匀速升温，记录 各触点实际动作温度；再 匀速降温，记录 返回值。填写 校准记录表，包含：

粘贴 合格标签，注明 校准日期与有效期（建议每年复检）。

三、控制回路典型故障诊断与处置

3.1 故障现象分类与快速定位

3.1.1 风扇应启未启（温度达标但风扇不转）

诊断流程：

第一步：区分故障域

测量 温控器输出端子是否有电压。若有220V（或380V），说明 温控器及以前回路正常，故障在执行回路；若无电压，排查 温控器及信号回路。

第二步：执行回路排查（假设有电压输出）

断开 电源，检查 交流接触器线圈电阻（正常几百欧姆至几千欧姆）。若线圈开路，更换 同型号接触器。

若线圈正常，手动按压 接触器测试按钮（带机械连锁的型号），观察 风扇是否运转：

• 风扇运转 → 接触器机械卡涩或控制电压不足 → 清洁 铁芯极面，测量 线圈电压是否≥85%额定值
• 风扇不转 → 检查 主回路：热继电器是否动作（复位 测试按钮）、熔断器是否熔断、电机绕组是否烧损

第三步：温控器回路排查（假设无电压输出）

短接 温控器对应触点（仅作测试，严禁长期运行），观察 风扇是否启动。若启动，确认 温控器触点故障：或触点氧化接触不良，或感温包测温失准。清洁 触点或重新校准 动作值。

若短接后仍不启动，向上游排查：控制电源空开是否跳闸、控制变压器二次侧是否有电。

3.1.2 风扇异常频繁启停

此故障加速接触器触点烧蚀，需优先处理。

成因分析：

• 触点抖动：温控器触点间隙过小或存在机械振动 → 调整 触点压力，加固 温控器安装
• 温度波动：变压器负荷剧烈变化或油循环不畅 → 核查 负荷曲线，检查 油泵运行状态
• 回差过小：校准不当导致动作值与返回值过于接近 → 重新校准，确保 回差≥3℃

处置措施：

在 温控器触点两端并联 阻容吸收回路（电阻100-200Ω、电容0.1-0.47μF/400V），抑制 电弧与抖动。对频繁动作的系统，建议 改用固态继电器替代机械触点。

3.1.3 多组风扇控制混乱

表现为第二组温度到达时第一组反而停止，或四组触点动作顺序错乱。

诊断要点：

此类故障多为接线错误或温控器内部触点编号混淆。核对 温控器接线图与实物端子标识，常见错误包括：

• 将"高跳"触点误接为"启动"触点
• 多组触点共用端子接线松动导致串电
• 温控器型号更换后触点排列顺序不同（如原型号为1-2-3-4顺序，新型号为4-3-2-1倒序）

使用 导通表逐一验证 温度-触点对应关系，必要时 重新制作接线标识。

3.2 隐蔽故障的诊断技巧

3.2.1 接触器虚吸合

现象：接触器嗡嗡作响，触点似合非合，风扇时转时停。

检测方法： 测量 接触器线圈电压。若电压正常（220V±10%），检查 铁芯极面油污或短路环断裂；若电压低至150-180V，排查 控制回路压降：长线缆细径导致的阻抗压降、多触点串联接触电阻累积、电源容量不足。

计算公式（估算线路压降）：

$$\Delta U = \sqrt{3} \cdot I \cdot L \cdot (R\cos\varphi + X\sin\varphi)$$

其中 $I$ 为接触器吸合电流（A），$L$ 为线路长度（km），$R$、$X$ 为单位长度电阻电抗。若计算压降超过10%，更换 更大截面控制电缆或就近 设置控制电源。

3.2.2 热继电器误动作

夏季高温环境下，热继电器整定值未随环境温度修正，导致正常负荷下频繁跳闸。

核查方法： 查阅 热继电器型号与脱扣特性曲线。确认 整定电流是否为风扇电机额定电流的1.05-1.1倍。检查 热继电器安装环境温度：标准型允许-5℃至+40℃，超过 40℃时需选用 热带型产品或降容使用（每升高1℃，整定电流下调1%）。

四、备用冷却回路的自动切换实现

重要变压器（如联络变、厂用变）的冷却系统需配置备用回路，在主回路故障时自动投入。

4.1 典型备用切换方案

4.1.1 单风扇双电源切换方案

适用于单台风扇容量较大、可靠性要求高的场合。

关键整定： 时间继电器KT延时必须大于 主接触器固有吸合时间（一般0.1-0.3秒），防止 正常启动时的误切换；同时必须小于 变压器允许的无冷却运行时间（油浸自冷约10-20分钟），确保 及时投入备用。

4.1.2 多风扇互备方案

适用于多组风扇分组运行的典型配置。以四组风扇为例，常用"1+1"或"2+2"互备模式。

"2+2"互备模式接线要点：

将 第一、二组风扇设为主运行列，第三、四组设为备用列。配置 中间继电器逻辑：当第一组或第二组因故障停运（接触器辅助触点反馈+热继电器信号），自动启动 第三组或第四组对应位置的风扇。设置 互锁：备用列风扇禁止 与对应主运行列风扇同时运行，避免 冷却过速导致变压器油流静电带电。

4.2 切换回路的故障模拟试验

季度试验项目：

试验注意事项： 每次试验必须 有专人监视变压器负荷与顶层油温，准备 手动强启冷却方案；试验后立即恢复 接线，核对 切换开关位置正确。

4.3 电源监视与自动切换的深化设计

对220kV及以上重要变压器，建议 采用双电源自动转换开关（ATS）作为控制电源保障。

ATS选型要点：

• 选用 自投自复型（电网-电网），主电源恢复后延时 切回，减少切换冲击
• 具备 机械+电气双联锁，防止 两路电源并列
• 配置 辅助触点，接入 变压器非电量保护信号

控制回路接线示例：

主电源AC220V ──┬── 控制变压器TC1 ──┬── 第一路控制母线KM1
              │                    ├── 温控器1电源
              │                    └── 风扇控制回路1
              │
备用电源AC220V ──┴── 控制变压器TC2 ──┬── 第二路控制母线KM2
                                     ├── 温控器2电源（可选）
                                     └── 风扇控制回路2
                                     │
                              ATS切换开关（自动/手动）

五、维护周期与标准化作业

5.1 分级维护策略

5.2 关键备品配置建议

按单台变压器储备：

• 同型号温度控制器：1只（含全套毛细管与感温包）
• 同规格交流接触器：主运行列数量的50%
• 同容量热继电器：每种规格1只
• 快速熔断器：主回路熔断器数量的100%
• 控制回路常用中间继电器：2-3只

六、典型案例分析

案例：某220kV变电站#2主变冷却风扇全停跳闸

现象： 负荷高峰期，#2主变冷却风扇全部停运，20分钟后油温达95℃跳闸。

排查过程：

检查 控制电源，发现两路控制电源均失电。追溯 至控制变压器高压侧熔断器，两相熔断。更换 熔断器后送电，风扇启动正常。深入分析 熔断原因：控制变压器高压侧未配置避雷器，雷雨感应过电压导致熔断器熔断。

整改措施： 控制变压器高压侧加装 氧化锌避雷器；控制电源改接 至站用交流屏不同母线段，取消 专用控制变压器；增设 控制电源失电报警与UPS短时支撑回路。

经验教训： 冷却系统电源配置必须 满足N-1原则，单点故障不得导致 全停；防雷保护应覆盖 所有薄弱节点。

附录：常用温控器型号对照