一次變壓器工程事故的理論解讀和反思

劉天明

（中鋼集團吉林機電設備有限公司，吉林 吉林 132021）

1 事故概況

某石墨電極廠的整流機組，采用雙反星型接線、六脈波整流電路，由整流變壓器、整流柜、短網(wǎng)構成，其中要有很多電器元件組成的復雜的整流柜，被沒有設置任何保護措施的24 只大電流型整流二極管所完全代替，如圖1所示。在更換A 相一只被擊穿的整流二極管后合閘送電，發(fā)生了采用27 級變磁通有載正反調(diào)壓方式調(diào)壓的9000kVA 整流變壓器的壓力釋放閥噴油和重瓦斯報警并跳閘的工程事故。

事故后，我們對該整流變壓器分別做了高壓線圈（含調(diào)壓線圈）直流線電阻測量（見表1）和變壓器油色譜檢驗（見表2）及吊芯檢查，其結果如下：

高壓側B 相低壓線圈出頭有兩處向外彈出高度約20mm 的變形并變形處的出頭綁扎斷裂。

表1 變壓器故障后的高壓線圈直流線電阻測量結果

（續(xù)）

表2 變壓器故障后的變壓器油色譜分析結果

2 分析判斷

由高壓側的B 相低壓線圈出頭有兩處向外彈出高度約20mm 的變形并變形處的出頭綁扎斷裂，可解讀出——B 相低壓線圈在故障時受到了大于額定電流的沖擊。

由故障后高壓線圈直流線電阻測量結果可知——變壓器故障后的高壓線圈（包括調(diào)壓線圈）直流線電阻嚴重不平衡。

由表3中的數(shù)據(jù)可以推斷出變壓器的電路部分有承受高能量作用后留下的故障點存在；由特征氣體C2H2的含量=106.89（μL/L）可推得故障點的溫度可能＞1000℃。

表3 應用IEC 三比值法對故障后變壓器油的色譜 分析數(shù)導出計算結果

由表1中的數(shù)據(jù)可導出下列計算式成立：

由上述計算可以解讀出：

1）調(diào)壓線圈的直流線電阻=｛0.296、0.293、0.299、0.297、0.297、0.295｝Ω，去除調(diào)壓引線長度不等的結構原因后，調(diào)壓線圈的直流線電阻平衡，初步判斷調(diào)壓線圈沒有故障。

2）高壓線圈基本部分（不包括調(diào)壓線圈）直流線電阻不平衡，初步判斷故障點位置在高壓線圈的基本部分。

表4 變壓器非故障時的高壓線圈直流線電阻測量結果

由非故障狀態(tài)時變壓器的高壓線圈直流線電阻測量結果（見表4）可導出下列計算式成立：

由2）計算可以解讀出：

（1）變壓器非故障狀態(tài)時調(diào)壓線圈的直流線電阻=｛0.314、0.313、0.317、0.315、0.315、0.315｝Ω，去除調(diào)壓引線長度不等的結構原因后，調(diào)壓線圈的直流線電阻平衡。

（2）用動態(tài)的方法引進合理因子去除9月和12月環(huán)境溫度影響因素，對比用間接計算法得到的變壓器在故障狀態(tài)和非故障狀態(tài)兩種情況下的各個調(diào)壓線圈直流線電阻相等，由此可確切判斷出調(diào)壓線圈沒有故障。

由表4中的數(shù)據(jù)可以判斷出變壓器的高壓線圈基本部分直流線電阻=｛1.027（RAB14）、1.027（RBC14）、1.026（RCA14）｝Ω（9月天氣溫度的測量值），由表1中的數(shù)據(jù)可以判斷出變壓器的高壓線圈基本部分直流線電阻=｛（1.402（RAB14）、0.966（RBC14）、1.402（RCA14））Ω（12月天氣溫度的測量值），引進合理因子去除環(huán)境溫度的影響，將變壓器故障前后的兩者高壓線圈線電阻數(shù)據(jù)相比對，可以解讀出BC 兩相高壓線圈基本部分的線電阻兩次測量結果幾近相等，由此可以判斷出高壓線圈的故障點在高壓A 相線圈基本部分。

（3）在判定故障點就在高壓A 相高壓線圈基本部分的同時，依據(jù)表1中變壓器故障后測量的高壓線圈線電阻RAB、RBC、RCA的相關數(shù)據(jù)，有下列計算式成立：

因為三相高壓線圈的導體長度LA=LB=LC、有效工程導電截面積SA=SB=SC，根據(jù)導體電阻公式R=ρL/S，可以判斷出線圈故障點的有效工程導電截面積有一定程度的減少。

（4）由高壓側B 相低壓線圈出頭有兩處向外彈出高度約20mm 變形并變形處的出頭綁扎斷裂的吊芯結果和整流輸出波形示意圖（圖1），可以判斷出故障爆發(fā)時間位于直流電壓輸出的波頭至1/2 波段之間。

綜上所述，本次變壓器工程事故的原因應該是整流系統(tǒng)的整流二極管的前端或尾端沒有配置快速熔斷器和其他保護設施，當A 相整流二極管擊穿后形成了低壓AB 兩相線圈之間的瞬間短路，導致產(chǎn)生了大于額定電流數(shù)倍的短路電流，基于磁勢相等原理，此時高壓的A 相線圈也產(chǎn)生了大于額定電流同樣倍數(shù)的短路電流，如此大的短路電流同時以熱和力兩種方式作用于線圈，首先在各自線圈最薄弱處的絕緣輕度破裂炭化擊穿，絕緣輕度破裂炭化擊穿后，進一步的加劇短路故障向縱深發(fā)展，直至變壓器從電源上切除為止。

圖1 整流系統(tǒng)示意圖和整流輸出波形示意圖

變壓器已無繼續(xù)工作的可能，需要進行大修處理。

變壓器解體后的檢查結果如下：

1）B 相低壓線圈高壓側有兩處出頭向外彈出約20mm 的變形并變形處的出頭綁扎斷裂。

2）A 相高壓線圈下部第一段與出頭間隔一擋處匝間短路，短路點的絕緣嚴重炭化并可見部分電磁線融化后飛濺的銅瘤，如圖2所示。

3）上述結果與前述的判斷結果吻合。

圖2 變壓器故障部位照片

3 反思

本案例指向的整流系統(tǒng)，在整流二極管的前端或尾端沒有設置應該有的快速熔斷器和其他保護設施等，兩臺完備的整流柜被簡單的24 只大電流型整流二極管代替，在設備的投資階段確實節(jié)省了一定的經(jīng)濟費用和空間占用，簡化了系統(tǒng)的復雜性，也為后期的設備安裝和拆卸帶來一定的方便，但同時

也為后期的運行留下了極大的安全隱患。如果本案例指向的整流系統(tǒng)的整流二極管的前端或尾端設置了快速熔斷器和其他保護設施，就可能不發(fā)生本文開篇介紹的整流變壓器的壓力釋放閥噴油和重瓦斯信號報警并跳閘的工程事故。

4 結論

一套裝置、一個流程、一項工程即一個系統(tǒng)不只是由一臺（套）設備和一個工序（工藝）及一個 子工程或者只有主要設備和關鍵工序及主體建筑就可實現(xiàn)并完全達到目的，還需要與之配套的相關設備設施和輔助工序（工藝）及其他建筑物構筑物，否則如此，暫時尚可或者一時尚可，縱觀全局和長遠，還是完善設備設施或工藝流程及整體建筑和整個系統(tǒng)為上策，如此將事半功倍。