排油注氮裝置重錘誤動(dòng)引發(fā)的主變壓器事故分析

劉元生

(攀枝花電業(yè)局，四川攀枝花 617067)

0 引言

目前系統(tǒng)大容量主變壓器多采用自耦變壓器結(jié)構(gòu)，盡管主變壓器故障時(shí)發(fā)生變壓器油燃燒的情況較為少見，但一旦發(fā)生主變壓器燃燒將產(chǎn)生巨大損失。目前220 kV及以上主變壓器消防系統(tǒng)主要采用水噴霧消防系統(tǒng)、排油注氮消防系統(tǒng)、合成泡沫消防系統(tǒng)3種形式，其中排油注氮的使用較為普遍。

排油注氮裝置的作用在于:當(dāng)變壓器著火時(shí)，達(dá)到燃燒溫度的油僅局限于上表層油。將化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的壓縮氮?dú)鈴淖儔浩鞯撞孔⑷胧瓜潴w的油自下而上攪動(dòng)，加速油在油箱里的循環(huán)。這樣使已達(dá)燃燒溫度的上表面層油被下部大量的油冷卻，使油的溫度降至其閃點(diǎn)以下減緩燃燒。運(yùn)行期間，一旦變壓器起火，重瓦斯和變壓器頂蓋的熱敏探測器均會(huì)動(dòng)作，它們發(fā)出的信號(hào)使排油系統(tǒng)開始排油，為攪拌做好準(zhǔn)備。緊接著攪拌系統(tǒng)啟動(dòng)，氮?dú)馄績?nèi)液氮經(jīng)減壓注入變壓器油箱，在1～2 min內(nèi)控制燃燒。在排油過程中，油枕與油箱間形成的油流將裝在瓦斯繼電器前的流量啟閉閥關(guān)閉，從而避免“火上澆油”。

1 事故過程

1.1 事故前方式及負(fù)荷情況

1.1.1 變電站運(yùn)行方式

220 kV某站220 kV主變壓器兩臺(tái)，1號(hào)主變壓器容量為300 MVA，2號(hào)主變壓器容量為240 MVA。220 kV為雙母線接線方式，出線4回;110 kV為雙母線接線方式，出線7回;35 kV為單母分段接線方式，35 kV 1M、3M共22回出線(其中包括電容器出線8回，備用1回)，站用變壓器8B、9B分別接于35 kV 1M、3 M。故障前該站負(fù)荷158.67 MW，1號(hào)主變壓器201斷路器負(fù)荷88.17 MW，101斷路器負(fù)荷(－)10.19 MW，301斷路器負(fù)荷(－)71.34 MW;2號(hào)主變壓器202斷路器負(fù)荷70.5 MW，102斷路器負(fù)荷(－)43.69 MW，302斷路器負(fù)荷(－)33.32 MW;35 kV故障線路負(fù)荷4.85 MW。

1.1.2 2號(hào)主變壓器基本情況

2號(hào)主變壓器型號(hào)為OSFPS9－240000/220，額定電壓為230/121/38.5 kV，冷卻方式為 ODAF，聯(lián)結(jié)組別為YNaod11，額定分接短路阻抗%為高－中:8.99、高 － 低:29.3、中 － 低:18.2。其主變壓器排油注氮裝置生產(chǎn)日期為2007年5月，投運(yùn)日期為2007年9月30日。正常運(yùn)行時(shí)該裝置處于手動(dòng)狀態(tài)。

1.2 事故經(jīng)過

2010年8月12日15時(shí)54分，該站35 kV出線開關(guān)過流Ⅰ段保護(hù)動(dòng)作，斷路器跳閘，故障選相ABC三相，短路電流7 473.8 A(出線保護(hù)裝置顯示);15時(shí)55分2號(hào)主變壓器輕瓦斯動(dòng)作發(fā)信號(hào);16時(shí)10分2號(hào)主變壓器差動(dòng)保護(hù)、重瓦斯、壓力釋放保護(hù)動(dòng)作，2號(hào)主變壓器三側(cè)開關(guān)斷路器跳閘。1號(hào)主變壓器未過負(fù)荷。經(jīng)現(xiàn)場初步檢查，2號(hào)主變壓器差動(dòng)、重瓦斯、壓力釋放保護(hù)動(dòng)作，2號(hào)主變壓器三側(cè)斷路器均在分閘位置，2號(hào)主變壓器壓力釋放閥處正下方地面上有油跡，瓦斯繼電器內(nèi)無油，主變壓器排油注氮裝置重錘落下、排油閥門打開、排油管道處有油跡，氮?dú)馄侩姶砰y門未打開，未對主變壓器進(jìn)行充氮，因該裝置運(yùn)行于手動(dòng)位置，裝置電源處于斷開狀態(tài)。

1.3 故障點(diǎn)初步分析

事故發(fā)生后迅速隔離發(fā)生故障的35 kV出線間隔及2號(hào)主變壓器回路，安排恢復(fù)35 kV 3 M及非故障出線運(yùn)行;迅速組織人員對2號(hào)主變壓器本體進(jìn)行檢查、試驗(yàn)，并對2號(hào)主變壓器油進(jìn)行取樣分析。根據(jù)油化試驗(yàn)數(shù)據(jù)，油中溶解氣體的“三比值”編碼為“102”，屬于高能量放電故障。高壓電試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示繞組及鐵心絕緣較低，直阻、變比與上次測試結(jié)果相比較正常。主變壓器繞組變形測試結(jié)果橫向比較與上次測試結(jié)果基本吻合，無明顯變形跡象。綜合上述試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)合繼電保護(hù)動(dòng)作情況及故障錄波報(bào)告，可初步判斷2號(hào)主變壓器內(nèi)部有放電故障。故障點(diǎn)在主變壓器220 kV C相繞組端部附近。

1.4 主變壓器解體情況

對主變壓器附件進(jìn)行拆除時(shí)，發(fā)現(xiàn)220 kV C相套管中部法蘭套筒下部有多處放電痕跡，均壓球有5 cm2的燒傷孔洞，套管下尾瓷套表面多處被電弧灼傷、釉質(zhì)損壞;升高座內(nèi)壁對應(yīng)處有放電痕跡，絕緣紙筒被電弧明顯燒傷、嚴(yán)重碳化。從套管安裝洞對內(nèi)觀察，變壓器內(nèi)未見明顯異常。附件及套管拆除后，再次試驗(yàn)結(jié)果:①直阻:高壓、中壓、低壓側(cè)與上次檢修試驗(yàn)及出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較正常;②三相變比:高/中、高/低、中/低與上次檢修試驗(yàn)及出廠試驗(yàn)數(shù)據(jù)相比較正常。

主變壓器吊罩檢查中高、中、低壓側(cè)繞組各部位外觀均無異?，F(xiàn)象;C相高壓套管正對油箱底部有被燒傷的絕緣紙和炭渣，高壓繞組圍屏及鐵心表面有微小金屬粉末。

2 事故原因分析

2.1 排油注氮安裝簡圖

排油注氮安裝簡圖見圖1。

圖1 排油－注氮式變壓器滅火裝置在變壓器上的安裝簡圖

2.2 排油注氮裝置結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)排油注氮裝置已開始排油、未充氮?dú)獾默F(xiàn)場實(shí)際，初步判斷該起事故為主變壓器排油注氮裝置誤動(dòng)引起。隨后技術(shù)人員對2號(hào)主變壓器的排油注氮裝置進(jìn)行模擬試驗(yàn)，將重錘重新放置在支撐的電磁閥閥芯上，模擬外部震動(dòng)，發(fā)現(xiàn)該電磁閥閥芯慢慢后退，最后導(dǎo)致重錘落下。

該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，支撐的電磁閥閥芯約有20°左右的坡度，連接重錘的閥桿也有反向的相同坡度，在重錘自身的重力下，有一向電磁閥閥芯動(dòng)作方向的推力，在裝置震動(dòng)的情況下，該推力更大，致使支撐重錘的電磁閥閥芯慢慢沿動(dòng)作方向移動(dòng)，最后，在重錘自身重力下推開電磁閥閥芯而落下，打開排油管道的快速排油閥門。在日常的檢查維護(hù)中，難以發(fā)現(xiàn)和判斷該裝置中支撐重錘的電磁閥閥芯的后退現(xiàn)象。

因此，導(dǎo)致該排油注氮裝置重錘脫落的原因是因?yàn)樵撗b置在現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境中，因各種震動(dòng)使支撐重錘的電磁閥閥芯慢慢沿動(dòng)作方向移動(dòng)，最后導(dǎo)致重錘脫落，打開排油管道的快速排油閥門排油。所以該裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，是造成重錘落下的直接原因。

2.3 主變壓器故障分析

2號(hào)主變壓器因35 kV出線短路故障，短路電動(dòng)力引起主變壓器震動(dòng)(主變壓器與排油注氮裝置通過排油管硬連接)，造成主變壓器排油注氮裝置重錘脫落，打開排油閥門，變壓器油在自重及油枕內(nèi)油的壓力下開始快速排油，使油枕與瓦斯繼電器間的控流閥關(guān)閉，此時(shí)，該變壓器相當(dāng)于一密閉容器，排油速度迅速放緩，隨著瓦斯繼電器內(nèi)油位的下降，使輕瓦斯動(dòng)作發(fā)信(在重錘落下后12 s)。隨著變壓器油繼續(xù)排放，空氣將沿排油管進(jìn)入變壓器內(nèi)部，使排油速度逐漸加快，油位繼續(xù)下降，因排油管與C相升高座距離最近，致使C相升高座內(nèi)油位低于A、B相套管升高座內(nèi)油位。隨著油位繼續(xù)下降，C相升高座內(nèi)絕緣強(qiáng)度逐漸下降，開始發(fā)生非貫穿性放電，當(dāng)油位下降到一定位置時(shí)(重錘落下后約15 min)，升高座內(nèi)絕緣強(qiáng)度不能承受均壓球處的強(qiáng)電場作用而對升高座內(nèi)壁放電，產(chǎn)生大量的氣體，電弧飛濺燒傷套管法蘭，同時(shí)使變壓器器身內(nèi)壓力急劇上升，瓦斯繼電器跳閘節(jié)點(diǎn)閉合，跳開三側(cè)斷路器，同時(shí)因變壓器內(nèi)部壓力達(dá)到壓力釋放閥動(dòng)作值而動(dòng)作噴油。

3 設(shè)備恢復(fù)及事故防范

3.1 搶修恢復(fù)

將燒傷的220 kV套管、絕緣紙筒更換及全部密封墊更換，將變壓器油處理成合格的絕緣油，隨后進(jìn)行了真空注油和熱油循環(huán)，經(jīng)靜置、油壓試漏及常規(guī)試驗(yàn)后，主變壓器在事故發(fā)生20日后恢復(fù)送電。

3.2 采取的防范措施

對運(yùn)行的所有220 kV主變壓器的排油注氮裝置進(jìn)行排查，重點(diǎn)對其可能發(fā)生誤動(dòng)的重錘等機(jī)械部分進(jìn)行檢查。在確保排油注氮裝置保持在手動(dòng)位置的基礎(chǔ)上，將排油管道的碟閥暫時(shí)設(shè)置為關(guān)閉狀態(tài)。同時(shí)，積極聯(lián)系相關(guān)設(shè)備廠家，對存在隱患的排油注氮裝置進(jìn)行完善化改造，重點(diǎn)將電磁閥拉桿與排油蝶閥擺桿之間的斜面接觸改為嵌入式接觸，使重錘直接掛在電磁閥上，保證受力點(diǎn)完全在電磁閥拉桿上。

4 結(jié)語

主變壓器排油注氮裝置對預(yù)防主變壓器火災(zāi)事故的發(fā)生起著重要作用。然而，部分裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不合理性，可能會(huì)在外界故障的誘因下發(fā)生誤動(dòng)，從而擴(kuò)大故障范圍造成主變壓器事故。排油注氮裝置日常狀態(tài)下應(yīng)設(shè)置為手動(dòng)(鑒于無人值班變電站的現(xiàn)狀，應(yīng)考慮遠(yuǎn)方人工啟動(dòng)功能)。同時(shí)，對于可能發(fā)生誤動(dòng)的重錘、連桿等機(jī)械裝置，應(yīng)納入日常運(yùn)行巡視范圍，確保主變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］王艷，李士林.大型變壓器排油注氮消防系統(tǒng)改造［J］.河北電力技術(shù)，2009，28(5):45－47.

［2］高常發(fā)裘永衛(wèi).排油注氮式滅火裝置的應(yīng)用［J］.電氣時(shí)代，2005(10):100－101.