220kV變壓器重瓦斯事故分析及預(yù)防措施

陳曉云 張偉光

瓦斯保護就是利用反應(yīng)變壓器內(nèi)部氣體狀態(tài)的瓦斯繼電器來保護變壓器。瓦斯繼電器是為了反映變壓器油箱內(nèi)部的電氣故障和油位下降，對于常見的內(nèi)部故障如匝間和層間短路、繞組內(nèi)部絕緣下降、鐵心故障和油面下降等故障，可發(fā)出報警信號或跳閘動作信號。電力變壓器運行規(guī)程[1]規(guī)定“壓器運行時氣體繼電器應(yīng)有兩副接點，彼此間完全電氣隔離。一套用于輕瓦斯報警，另一套用于重瓦斯跳閘”。瓦斯保護是電力變壓器最重要的主保護之一，分為輕瓦斯和重瓦斯保護兩類。

瓦斯繼電器是瓦斯保護的主要執(zhí)行元件，安裝于變壓器油箱與油枕之間的連接油管上，動作的原因有變壓器內(nèi)部氣體濃度增大、油流的沖擊、油面的降低。變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，輕瓦斯動作，發(fā)出報警信號；如果油箱內(nèi)部發(fā)生嚴重故障，就會產(chǎn)生大量的氣體并伴隨著油流沖擊下部擋板，當油流速度達到瓦斯繼電器動作整定值時，重瓦斯動作，發(fā)出跳閘信號，斷路器動作跳閘。

1 重瓦斯事故相關(guān)情況

2016年8月11日23∶57，電氣點檢作業(yè)區(qū)集控站值班人員發(fā)現(xiàn)北35kV站3102開關(guān)跳閘，23∶58 22萬站3#主變跳閘，22萬站Ⅱ段、Ⅲ段母線停電。經(jīng)檢查確認，北站35kV 3102開關(guān)柜內(nèi)電纜室發(fā)生相間短路，22萬站3#主變重瓦斯動作跳閘，其他設(shè)備無異常。隨后，相關(guān)人員迅速組織將22萬站備用的 2#主變投入運行送電后，并通知下級用戶恢復(fù)送電。

北35kV站3102開關(guān)柜電源來自22萬站35kV 1#母線，22萬站有三臺主變開二備一，正常運行1#、3#主變，2#主變備用。22萬站 3#主變型號 PZ10-120MVA/220kV，額定容量 120000kVA，額定電壓220+8×1.25%/37kV，冷卻方式OFAN/OFAF。氣體繼電器型號 BR80QJ4-25。油泵風(fēng)扇控制箱型號：XKWFP-21，額定電壓380V，風(fēng)機10臺，油泵4臺。變壓器油泵有兩路工作電源，分別來自兩臺所變。

2 事故原因分析

本次事故點處于 22萬變壓器下級配電室的開關(guān)柜，存在線路故障引起變壓器后備保護動作[2]的可能性。發(fā)生故障后，對故障現(xiàn)象和處理結(jié)果，運用正確的理論方法綜合分析故障后所有的試驗檢測數(shù)據(jù)，找出關(guān)鍵所在，對故障狀態(tài)和結(jié)果進行判斷[3]。

北站35kV 3102開關(guān)柜內(nèi)電纜室B相接地刀靜觸頭和C相避雷器間發(fā)生相間短路。放電的原理主要是絕緣件或絕緣間隙的絕緣強度低于外加電壓造成絕緣及穿[4]。變電站室環(huán)境對溫度、濕度等因素的管控，未采取有效措施，是導(dǎo)致本次事故的主要管理原因。

對于變壓器重瓦斯保護動作，可能的原因[5]有多個方面，對事故原因進行了逐步排查確定。

變壓器在正常運行時發(fā)生重瓦斯跳閘，首先排除運行人員誤操作或檢修人員工作時誤跳主變以及變壓器空載合閘時勵磁涌流、變壓器負荷急劇增加工況，造成重瓦斯繼電器動作。

其次，排查變壓器的瓦斯繼電器接點誤動的可能性。通過瓦斯繼電器外觀檢查、解體檢查及油流實驗，結(jié)果正常。排查直流絕緣問題，導(dǎo)致變壓器非電量保護出口誤動作的可能性。對瓦斯保護線路和瓦斯保護裝置檢測，結(jié)果正常。對主變微保裝置電源板返廠檢驗，檢驗結(jié)果正常。對瓦斯繼電器試驗校對保護整定值 1.2m/s，數(shù)值正確，傳動正常，排除了誤動作的可能。

再次，排查變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重的短路故障造成重瓦斯動作的可能性。事故發(fā)生后通過檢查變壓器外部無明顯故障。變壓器油中氣體含量色譜分析方法能有效診斷變壓器內(nèi)部早期存在的潛伏性故障，是檢測變壓器內(nèi)部故障的重要方法。通過變壓器油色譜分析，并配合電氣試驗，排查判斷內(nèi)部有無故障。分別對3#主變油色譜，本體繞組絕緣、直阻、繞組變形進行檢測檢驗和分析，結(jié)果正常。證明變壓器內(nèi)部無明顯故障。色譜分析數(shù)據(jù)見表1。

首先分析特征氣體的含量。電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗規(guī)程規(guī)定[6]：運行油中總烴＜150μL/L，乙炔＜5μL/L，氫氣＜150μL/L。C2H2、總烴未超過注意值，而H2超標，220kV站3#主變H2超標（自2013年發(fā)現(xiàn)跟蹤試驗1年未發(fā)現(xiàn)明顯增長，之后按周期取油樣做色譜試驗）采取了劣化觀察，數(shù)據(jù)分析的措施，監(jiān)控該變壓器的運行狀態(tài)。根據(jù)《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則 GB/T 7252—2001》[7]中對產(chǎn)氣特征氣體的判斷，分析認為 22萬站 3#主變H2超標原因為曾經(jīng)歷3次事故沖擊導(dǎo)致。

表1 重瓦斯動作后主變色譜試驗數(shù)據(jù)

考慮到該主變?yōu)閺娖扔脱h(huán)風(fēng)冷冷卻方式，文獻[8]改進了潛油泵和風(fēng)機控制系統(tǒng)以降低油流的影響。分析發(fā)現(xiàn)主變油泵的兩段電源是一主一備方式?，F(xiàn)場對3#主變油泵進行了3次起停試驗，試驗過程中發(fā)現(xiàn)2臺油泵頻繁起動，輕瓦斯均動作，重瓦斯動作 2次；4臺油泵同時起動時，造成瓦斯繼電器輕重瓦斯信號動作。經(jīng)各方技術(shù)人員分析研究，認為該油泵系統(tǒng)存在兩點設(shè)計缺陷。

1）油泵的兩段電源是一主一備方式。在Ⅰ段電源停電后，Ⅱ段電源起動投入，但是在Ⅰ段電源恢復(fù)后，Ⅱ段電源會自動切換至Ⅰ段電源，而不是互為主備電源。

2）4臺油泵起動方式為2臺一組，每次同時起動同組2臺泵，短時間頻繁起停，使油流沖擊較大，易造成瓦斯繼電器輕、重瓦斯動作，致使主變誤跳。

經(jīng)分析，本次停電事故技術(shù)原因如下：

1）北站35kV 3102開關(guān)柜內(nèi)發(fā)生相間短路，導(dǎo)致北站和濱鋼22萬站35kV Ⅰ段母線瞬間低電壓，是本次事故的直接原因。

2）22萬站3#主變油泵電源一主一備方式，油泵主電源來自所變 35kV Ⅰ段母線，受低電壓波動的影響，油泵接觸器線圈脫扣跳閘油泵停轉(zhuǎn)，隨后油泵自動切換到備用電源啟泵，在 35kV Ⅰ段電源恢復(fù)后，電源又自動從備用段切換至Ⅰ段電源。短時間內(nèi)兩次同時起停2臺油泵引起變壓器油流快速向上涌動，沖擊瓦斯繼電器擋板，導(dǎo)使3#主變重瓦斯保護動作跳閘，是本次事故擴大的原因。

3 采取的防范措施

針對分析的22萬站3#主變重瓦斯動作的原因，制定對應(yīng)的防范措施：

1）電氣設(shè)備絕緣問題是事故突發(fā)的主要原因之一，應(yīng)注意檢測電氣設(shè)備運行的環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、運行溫度和設(shè)備清潔度，開關(guān)柜應(yīng)設(shè)置加熱器功能、空調(diào)除濕功能和母線熱縮措施。加強變配電室環(huán)境管理，采取有效措施檢測電氣設(shè)備使用環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、運行溫度和設(shè)備清潔度，確保電氣設(shè)備安全運行。

2）對22萬站3#主變油泵兩段電源互投方式進行改造，避免受低電壓影響頻繁動作。改造后新風(fēng)冷控制箱雙路低壓電源自投不自復(fù)，正常2#電源作為主電源，1#電源作備用，保證低壓運行電源與高壓一致性，定期點檢是否一致。如發(fā)生互投情況，監(jiān)控系統(tǒng)報警，應(yīng)人為恢復(fù)到主電源。

3）制定22萬站3#主變油泵逐臺起動方案。將4臺油泵改為單臺順序起動，間隔時間30s，避免多臺油泵同時起動造成油流超限。4臺油泵每臺都可以單獨控制起停，正常起動1#、3#，備2#、4#，特殊情況可以根據(jù)變壓器油溫高低靈活增加或減少起動臺數(shù)。

在此次重瓦斯動作事故后，為穩(wěn)定運行、事故防范，需對3#主變進行檢修。鑒于22萬站3#主變一直存在氫氣超標現(xiàn)象，制定3#主變主要檢修內(nèi)容：將變壓器油抽到外部油罐，真空過濾 24h，取油樣化驗合格（氫氣1.52μL/L，標準＜150μL/L）；變壓器滲漏處更換密封；檢查低壓側(cè)引線處無過熱現(xiàn)象，緊固連接螺栓；更換3個溫度計；更換風(fēng)冷控制箱并調(diào)試合格；變壓器注油到正常油位，取油樣化驗合格（氫氣6.85μL/L，標準＜150μL/L）。

22萬站3#主變于2017年4月27日檢修完成并通過現(xiàn)場驗收。按計劃于6月10日投運3#主變，退出2#主變做預(yù)試。投運前取油樣色譜試驗數(shù)據(jù)見表2。

要求3#變投運后一年內(nèi)取油樣化驗分析，前3個月每月一次，后每季度一次，根據(jù)試驗結(jié)果進一步分析判斷主變運行狀況。

表2 主變檢修完成投運前色譜試驗數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

變壓器重瓦斯繼電器動作跳閘，不一定就是由變壓器內(nèi)部故障引起的，也不能盲目判定是瓦斯繼電器本身或外部接線問題引起的誤動作。要具體問題具體分析，找出真正的原因，采取相應(yīng)的改進措施。對于強油循環(huán)的變壓器，油泵的起?？刂埔贫ú僮饕?guī)程，油泵電源要保證低壓運行電源與高壓的一致性。

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