一起變壓器M型有載分接開(kāi)關(guān)事故的分析

(國(guó)網(wǎng)四川省電力公司電力科學(xué)研究院，四川 成都 610041)

0 引 言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展及電力系統(tǒng)的完善，各用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求不斷提高。電能質(zhì)量的主要指標(biāo)有電壓、頻率和諧波。電力變壓器是電力系統(tǒng)一次設(shè)備的重要設(shè)備之一，變壓器調(diào)壓可以有效調(diào)節(jié)電網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)電壓，提高電網(wǎng)的供電質(zhì)量及系統(tǒng)穩(wěn)定性。

變壓器調(diào)壓可分為無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種。相較于無(wú)勵(lì)磁調(diào)壓，有載調(diào)壓具有調(diào)壓范圍大、調(diào)壓速度快、可帶負(fù)載調(diào)壓等優(yōu)點(diǎn)，在電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用[1]。有載分接開(kāi)關(guān)是實(shí)現(xiàn)變壓器有載調(diào)壓的部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且精密，對(duì)制造工藝要求較高[2-3]。由于有載分接開(kāi)關(guān)內(nèi)部機(jī)械零件多、接線多，長(zhǎng)期運(yùn)行動(dòng)作后，其內(nèi)部容易出現(xiàn)故障，發(fā)生滲漏油、拒動(dòng)等情況，進(jìn)而直接影響變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行[4]。

下面對(duì)一起由于有載分接開(kāi)關(guān)故障引起的110 kV變壓器事故進(jìn)行分析，通過(guò)試驗(yàn)、變壓器吊罩、開(kāi)關(guān)解體分析事故發(fā)生的原因，并提出相應(yīng)的措施及建議。

1 事故概況

某110 kV變電站2號(hào)110 kV主變壓器本體重瓦斯保護(hù)動(dòng)作，110 kV母聯(lián)開(kāi)關(guān)動(dòng)作。檢修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)：該主變壓器本體重瓦斯保護(hù)及有載開(kāi)關(guān)重瓦斯保護(hù)均動(dòng)作，瓦斯繼電器內(nèi)部有氣體，壓力釋放閥動(dòng)作噴油，有載開(kāi)關(guān)擋位顯示為4擋與5擋之間；現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)調(diào)擋時(shí)，水平連桿與齒輪盒連接脫落。

該主變壓器額定容量為63 MVA，額定電壓為(110±8×1.25%)/10.5 kV，型號(hào)為SZ11-63000/110，已投運(yùn)2.5年，有載分擋開(kāi)關(guān)為M型有載分接開(kāi)關(guān)，型號(hào)為MIII500Y-72.5/B-10193W，額定電流為331 A，級(jí)電壓為794 V。事故發(fā)生時(shí)，該有載分接開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)器顯示切換次數(shù)為1963次。

事故發(fā)生前一天，該主變壓器有載開(kāi)關(guān)執(zhí)行5擋至4擋調(diào)擋，第二天執(zhí)行4擋至5擋調(diào)擋時(shí)即發(fā)生故障。故障錄波器測(cè)得一次最大故障電流A相為322 A，B相為183 A，C相為496 A，持續(xù)時(shí)間為40 ms。該主變壓器差動(dòng)保護(hù)裝置僅啟動(dòng)，未動(dòng)作。故障錄波器顯示事故時(shí)二次諧波含量最高達(dá)50%，保護(hù)裝置啟動(dòng)波形顯示事故時(shí)二次諧波閉鎖啟動(dòng)。

2 試驗(yàn)檢查

針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)主變壓器不同部位的本體油進(jìn)行油色譜試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 主變壓器事故后不同部位油色譜數(shù)據(jù)

從表1中可以看到，油中乙炔含量超過(guò)注意值。中部油使用三比值法，計(jì)算編碼為200。根據(jù)GB/T 7252-2016[5]，初步認(rèn)為主變壓器內(nèi)部出現(xiàn)電弧放電。

同時(shí)，對(duì)主變壓器有載開(kāi)關(guān)油進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明有載開(kāi)關(guān)油中微水含量為22.9 mg/L，擊穿電壓為50.0 kV。根據(jù)GB/T 7595-2017[6]，有載分接開(kāi)關(guān)油的微水含量及擊穿電壓合格。

3 吊罩情況

為查明此次事故原因，對(duì)該主變壓器進(jìn)行吊罩檢查。吊罩后發(fā)現(xiàn)：變壓器本體繞組、鐵芯、夾件無(wú)異常；變壓器有載分接開(kāi)關(guān)中，分接選擇器與切換開(kāi)關(guān)的連接導(dǎo)線在切換開(kāi)關(guān)筒底齒輪位置處存在燒損，分接選擇器上有大量鐵屑，分別見(jiàn)圖1及圖2；同時(shí)，分接選擇器部分動(dòng)靜觸頭、導(dǎo)電環(huán)存在燒損，見(jiàn)圖3。

通過(guò)對(duì)主變壓器吊罩檢查，初步認(rèn)為是分接選擇器導(dǎo)線燒損造成變壓器油分解產(chǎn)生大量氣體，進(jìn)而使得變壓器重瓦斯保護(hù)動(dòng)作、壓力釋放閥噴油。

圖1 分接選擇器與切換開(kāi)關(guān)連接導(dǎo)線燒損情況

圖2 分接選擇器表面大量鐵屑

圖3 分接選擇器部分燒損情況

進(jìn)一步對(duì)主變壓器進(jìn)行吊芯處理并解體有載分接開(kāi)關(guān)。發(fā)現(xiàn)油室內(nèi)筒壁上觸頭燒損(見(jiàn)圖4)，切換開(kāi)關(guān)的主觸頭、主通斷觸頭之間存在燒損(見(jiàn)圖5)。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)三相的過(guò)渡電阻完好，經(jīng)過(guò)測(cè)試其電阻阻值均正常。

4 原因分析

有載分接開(kāi)關(guān)可以在變壓器帶負(fù)載的狀態(tài)下變換變壓器的分接位置，其結(jié)構(gòu)如圖6。從圖6可以看出，主繞組與分接繞組串聯(lián)后和分接選擇器連接，之后經(jīng)由切換開(kāi)關(guān)中性點(diǎn)從套管引出。本次事故發(fā)生前一天，有載分接開(kāi)關(guān)執(zhí)行5擋至4擋動(dòng)作，第二天執(zhí)行4擋至5擋動(dòng)作時(shí)發(fā)生故障。由圖6可知，事故發(fā)生前一天，有載分接開(kāi)關(guān)執(zhí)行5擋至4擋動(dòng)作后，分接選擇器S1在5擋，S2在4擋。因此，事故發(fā)生當(dāng)天，執(zhí)行4擋至5擋動(dòng)作時(shí)，分接選擇器動(dòng)靜觸頭不需動(dòng)作，只需對(duì)主變壓器切換開(kāi)關(guān)由U2、V2、W2切換到U1、V1、W1。

圖4 筒壁上觸頭燒損情況

圖5 切換開(kāi)關(guān)觸頭燒損情況

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)主變壓器吊罩時(shí)發(fā)現(xiàn)，開(kāi)關(guān)的實(shí)際位置為4擋，電動(dòng)機(jī)構(gòu)位置為5擋，即切換開(kāi)關(guān)沒(méi)有完成切換動(dòng)作，此次事故發(fā)生在4擋至5擋切換開(kāi)關(guān)動(dòng)作過(guò)程中。故障錄波器測(cè)得一次最大故障電流A相為322 A、有載B相為183 A、C相為496 A，持續(xù)時(shí)間40 ms。由于分接開(kāi)關(guān)額定電流為331 A，可以短時(shí)間承受故障錄波器中錄得的電流，而吊罩檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)分接開(kāi)關(guān)各部位出線均有明顯燒蝕，因此認(rèn)為有載分接開(kāi)關(guān)本體中有環(huán)流或電弧放電。

M型有載分接開(kāi)關(guān)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖7。由圖可知，有載分接開(kāi)關(guān)絕緣筒的筒底分別連接上、下兩根傳動(dòng)軸，上傳動(dòng)軸為切換開(kāi)關(guān)主軸，與有載分接開(kāi)關(guān)操作機(jī)構(gòu)及儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)連接，下傳動(dòng)軸為分接選擇器主軸。變壓器執(zhí)行換擋動(dòng)作時(shí)，外部操作機(jī)構(gòu)通過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)上傳動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)使切換開(kāi)關(guān)完成切換動(dòng)作；同時(shí)，上傳動(dòng)軸通過(guò)筒底帶動(dòng)下傳動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)，使得分接選擇器動(dòng)作。在變壓器換擋時(shí)，上傳動(dòng)軸、筒底、下傳動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)具有同時(shí)性。吊罩時(shí)發(fā)現(xiàn)分接選擇器與切換開(kāi)關(guān)的連接導(dǎo)線被筒底的齒輪摩擦造成部分?jǐn)喙?，存在燒損。因此認(rèn)為在本次事故發(fā)生時(shí)，變壓器換擋過(guò)程中操作機(jī)構(gòu)動(dòng)作到位，筒底由于筒底齒輪與導(dǎo)線摩擦導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)受到阻礙，影響了上下傳動(dòng)軸的同步運(yùn)動(dòng)，造成切換開(kāi)關(guān)沒(méi)有完成切換。

圖6 有載分接開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)

圖7 有載分接開(kāi)關(guān)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

典型M型有載分接開(kāi)關(guān)的切換開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)俯視圖見(jiàn)圖8。圖中：MC為主觸頭；MSC為主通斷觸頭；TC為過(guò)渡觸頭；a、b各代表一個(gè)分接。在切換過(guò)程中，如果切換開(kāi)關(guān)沒(méi)有在短時(shí)間內(nèi)完成正常切換，將導(dǎo)致切換開(kāi)關(guān)各觸頭之間發(fā)生非正常通斷及虛接，產(chǎn)生拉弧放電，造成切換開(kāi)關(guān)機(jī)構(gòu)中各觸頭燒損。同時(shí)，由于切換開(kāi)關(guān)沒(méi)有完成切換動(dòng)作，即切換開(kāi)關(guān)中各觸頭沒(méi)有斷開(kāi)，造成分接選擇器與分接開(kāi)關(guān)部分回路形成環(huán)流，導(dǎo)致分接選擇器部分導(dǎo)電環(huán)及4擋、5擋部分觸頭發(fā)生燒蝕。

圖8 典型M型分接開(kāi)關(guān)切換開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)

這次事故發(fā)生的原因?yàn)殚_(kāi)關(guān)工藝控制不到位，有載開(kāi)關(guān)筒底導(dǎo)線與筒底齒輪的距離不夠，導(dǎo)致切換開(kāi)關(guān)筒底齒輪與分接選擇器導(dǎo)線摩擦使得導(dǎo)線斷股，造成重瓦斯保護(hù)動(dòng)作；同時(shí)，導(dǎo)線對(duì)筒底齒輪運(yùn)動(dòng)的阻礙影響切換開(kāi)關(guān)的切換過(guò)程，使得有載分接開(kāi)關(guān)中出現(xiàn)拉弧及環(huán)流，造成有載分接開(kāi)關(guān)燒蝕。

5 結(jié) 語(yǔ)

有載分接開(kāi)關(guān)是大型變壓器的核心組件之一，是在變壓器正常運(yùn)行狀態(tài)下唯一能夠運(yùn)動(dòng)的部件。加強(qiáng)變壓器監(jiān)造、交接等過(guò)程中有載分接開(kāi)關(guān)的相關(guān)工作，對(duì)于確保變壓器質(zhì)量及電網(wǎng)安全可靠運(yùn)行有重要作用。

針對(duì)此次事故發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，提出以下建議：

1)復(fù)核近幾年該廠家此型號(hào)的投運(yùn)變壓器現(xiàn)場(chǎng)吊罩時(shí)的照片，重點(diǎn)觀察有載筒底導(dǎo)線與齒輪的距離是否滿足絕緣要求。對(duì)不滿足絕緣距離的變壓器開(kāi)展檢修進(jìn)行整改。

2)加強(qiáng)驗(yàn)收工作，尤其是廠內(nèi)監(jiān)造時(shí)的關(guān)鍵點(diǎn)驗(yàn)收以及現(xiàn)場(chǎng)吊罩器身檢查時(shí)對(duì)隱蔽部位驗(yàn)收。

3)有載分接開(kāi)關(guān)動(dòng)作次數(shù)或運(yùn)行時(shí)間達(dá)到制造廠規(guī)定值時(shí)，要及時(shí)對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行吊芯檢查大修。重點(diǎn)檢查螺栓、螺母、線卡緊固情況，檢查各觸頭壓力和磨損情況。