一起有載分接開關(guān)引起的500 kV變壓器跳閘故障分析與處理

黃道均，馬 凱，高 燃，王志鹍，束 暢

(國網(wǎng)安徽省電力有限公司檢修分公司，安徽 合肥 230009)

1 有載調(diào)壓變壓器

電力變壓器按其調(diào)壓方式可分為有載調(diào)壓和無載調(diào)壓，其中有載調(diào)壓變壓器的有載分接開關(guān)內(nèi)絕緣油與變壓器本體油是密封隔離的。有載分接開關(guān)設(shè)有獨(dú)立的儲(chǔ)油柜，與變壓器本體儲(chǔ)油柜隔離，其有獨(dú)立的呼吸器，有載開關(guān)變壓器如圖1所示。與本體之間發(fā)生滲漏油是有載分接開關(guān)比較常見的一種缺陷，如不正確處理將可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果[1-4]。

氣體繼電器是油浸式變壓器上的重要安全保護(hù)裝置，在變壓器嚴(yán)重滲漏油、內(nèi)部故障產(chǎn)生氣體或油流作用下接通信號(hào)或跳閘回路，發(fā)出警報(bào)信號(hào)或使變壓器從電網(wǎng)中切除，達(dá)到保護(hù)變壓器的作用。按照氣體繼電器的動(dòng)作方式可以分為輕瓦斯保護(hù)(發(fā)報(bào)警信號(hào))和重瓦斯保護(hù)(發(fā)跳閘命令)。氣體繼電器可以安裝在變壓器本體與本體儲(chǔ)油柜之間的連管上，也可以安裝在有載分接開關(guān)與分接開關(guān)儲(chǔ)油柜之間的連管上[5-8]。

對(duì)于每一起由于有載分接開關(guān)故障導(dǎo)致氣體繼電器動(dòng)作的案例均應(yīng)進(jìn)行細(xì)致全面的分析，為油浸式變壓器運(yùn)行維護(hù)提供參考。

2 設(shè)備及故障情況

某500 kV變電站3號(hào)主變由烏克蘭扎布羅日變壓器廠生產(chǎn)，其型號(hào)為АОДЦТН-267000/500/220-y1，投運(yùn)日期為1995年。2019年6月9日03：36：41該變電站3號(hào)主變B相本體輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作。03：40：50本體重瓦斯保護(hù)動(dòng)作，3號(hào)主變跳閘停止。運(yùn)檢人員立即到達(dá)主變B相現(xiàn)場(chǎng)后發(fā)現(xiàn)：有載開關(guān)呼吸器正在向外流油；本體油枕油位指示為零，本體瓦斯繼電器內(nèi)部無油。運(yùn)檢人員迅速將其有載開關(guān)呼吸器上的閥門關(guān)閉，油流停止。

3 故障原因分析

3.1 氣體繼電器動(dòng)作原理

氣體繼電器一般安裝在油箱和儲(chǔ)油柜之間的管道上。在正常的工作狀態(tài)下，瓦斯繼電器內(nèi)部充滿了絕緣液體，此時(shí)雙浮球式瓦斯繼電器的2個(gè)浮球借助浮力處在其最高位置。

當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)故障時(shí)，變壓器內(nèi)部的絕緣油發(fā)生裂解產(chǎn)生氣體，氣體逐漸聚集在瓦斯繼電器內(nèi)部并擠壓變壓器液面下降，上浮球也一同下降。通過上浮球的運(yùn)動(dòng)將啟動(dòng)一個(gè)磁觸點(diǎn)式干簧管的開關(guān)接點(diǎn)，由此發(fā)出報(bào)警信號(hào)，如圖2所示。此時(shí)下浮球不受任何影響，因?yàn)楫?dāng)氣體超過300 mL后可以通過管道流向儲(chǔ)油柜。

當(dāng)變壓器本體由于一個(gè)突發(fā)性的內(nèi)部故障產(chǎn)生向儲(chǔ)油柜方向運(yùn)動(dòng)的壓力波流，該壓力波流沖擊到瓦斯繼電器的擋板(該擋板受永磁體控制)，當(dāng)壓力波流超過擋板的動(dòng)作值時(shí)(如流速到達(dá)1.0 m/s時(shí))，擋板順著波流的方向運(yùn)動(dòng)并將下浮球壓下，下浮球啟動(dòng)一個(gè)磁觸點(diǎn)式干簧管的開關(guān)接點(diǎn)(如圖3所示)，接通變壓器跳閘回路，變壓器各側(cè)開關(guān)跳閘斷開。

當(dāng)變壓器發(fā)生滲漏油時(shí)，變壓器的油位會(huì)下降。當(dāng)油位下降至上浮球位置時(shí)，上浮球也會(huì)跟隨油位的降低而下降，此時(shí)將啟動(dòng)磁觸點(diǎn)式干簧管的開關(guān)接點(diǎn)，由此發(fā)出報(bào)警信號(hào)。如果變壓器油位繼續(xù)降低，當(dāng)瓦斯中的液面下降到一定程度時(shí)，下浮球?qū)⑾陆?，此時(shí)將啟動(dòng)磁觸點(diǎn)式干簧管的開關(guān)接點(diǎn)，由此發(fā)出變壓器跳閘命令。變壓器滲漏油導(dǎo)致氣體繼電器輕重瓦斯動(dòng)作如圖4所示。

3.2 虹吸現(xiàn)象原理

虹吸現(xiàn)象是利用液面高度差的作用力現(xiàn)象，液體充滿一根倒U形的管狀結(jié)構(gòu)后，將開口高的一端置于裝滿液體的容器中，容器內(nèi)的液體會(huì)持續(xù)通過虹吸管從開口于更低的位置流出。裝置中管內(nèi)最高點(diǎn)液體在液體壓強(qiáng)和大氣壓強(qiáng)的作用下往低位管口處移動(dòng)，如圖5所示。虹吸現(xiàn)場(chǎng)在日常生活及工業(yè)生產(chǎn)中較為常見，既可以利用虹吸現(xiàn)象，也要防止虹吸導(dǎo)致的不利情形[9-10]。

圖5中，h1為A點(diǎn)與B點(diǎn)高度差；h2為A點(diǎn)與C點(diǎn)高度差；P1為B點(diǎn)大氣壓；P2為C點(diǎn)大氣壓。虹吸的實(shí)質(zhì)是因?yàn)橐后w壓強(qiáng)和大氣壓強(qiáng)而產(chǎn)生，因?yàn)閔1p2-ρgh2，那么在A左端的壓強(qiáng)就大于A右端的的壓強(qiáng)，在大氣壓和液體壓強(qiáng)的共同作用下，水朝一個(gè)方向移動(dòng)。

3.3 跳閘原因分析

進(jìn)一步對(duì)B相瓦斯繼電器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)B相本體瓦斯繼電器內(nèi)油位已降至下浮球以下；變壓器本體油位計(jì)指示到最低刻度，有載開關(guān)油位計(jì)指示為滿刻度?，F(xiàn)場(chǎng)分別對(duì)主變?nèi)啾倔w及B相有載開關(guān)分別取油樣進(jìn)行化驗(yàn)，色譜正常，未發(fā)現(xiàn)乙炔，總烴含量均在15 μL/L以下；同時(shí)對(duì)B相進(jìn)行了直阻、絕緣電阻、介損、電壓比等常規(guī)電氣試驗(yàn)，各項(xiàng)結(jié)果均正常。

考慮到該變壓器于1995年投運(yùn)，已到了大修年限，運(yùn)檢單位結(jié)合此次事故跳閘開展主變返廠大修。吊罩檢查如圖6所示，檢查發(fā)現(xiàn)有載切換開關(guān)室的密封狀況不良，技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)切換開關(guān)室底部的密封墊老化受損導(dǎo)致，本體與有載開關(guān)內(nèi)部形成油通道。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查、各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果及吊罩檢查分析，主變內(nèi)部不存在放電故障，造成主變跳閘的原因?yàn)椋弘S著地區(qū)氣溫升高(事故發(fā)生地進(jìn)入6月以來氣溫持續(xù)升高)，主變負(fù)荷和油溫增長較快，變壓器油體積膨脹、油位上升，由于有載開關(guān)油枕內(nèi)沒有膠囊，當(dāng)油位升高達(dá)到有載開關(guān)呼吸器連管口位置時(shí)，變壓器油通過有載開關(guān)呼吸器向外泄漏，由于變壓器本體與有載開關(guān)之間存在滲漏，變壓器油通過切換開關(guān)進(jìn)入有載開關(guān)油枕內(nèi)并溢出。由于有載開關(guān)呼吸器低于變壓器油位，故在變壓器內(nèi)部形成虹吸通道，導(dǎo)致變壓器油不斷通過此通道從有載開關(guān)呼吸器流出。在虹吸現(xiàn)象的作用下，主變本體內(nèi)的變壓器油不斷向有載開關(guān)切換筒滲漏并通過有載開關(guān)呼吸器向外泄漏，油流路徑如圖7所示。該變壓器為雙浮球式瓦斯繼電器，根據(jù)雙浮球瓦斯繼電器動(dòng)作原理，當(dāng)變壓器持續(xù)漏油時(shí)，氣體繼電器先發(fā)輕瓦斯報(bào)警，再發(fā)重瓦斯報(bào)警，動(dòng)作順序正確。

為徹底消除該缺陷，運(yùn)維單位聯(lián)系密封圈制造廠家，在檢修車間內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)訂做密封圈更換，更換后主變壓器恢復(fù)持續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

4 防事故措施

本次有載分接開關(guān)與本體之間密封失效，本體變壓器油在虹吸作用下通過有載分接開關(guān)的呼吸器噴出，導(dǎo)致本體輕重瓦斯動(dòng)作跳閘，嚴(yán)重影響了正常的電力安全生產(chǎn)秩序。為防止類似事故發(fā)生，應(yīng)采取以下措施。

a.按照規(guī)程規(guī)定定期進(jìn)行有載開關(guān)的檢修。例如有載調(diào)壓變壓器檢修時(shí)，進(jìn)行有載開關(guān)相應(yīng)檢修。有載開關(guān)新投運(yùn)1～2年或分接變換5000次，切換開關(guān)或選擇開關(guān)應(yīng)吊芯檢查1次。根據(jù)廠家技術(shù)說明書推薦要求也應(yīng)定期、規(guī)定次數(shù)或規(guī)定年限進(jìn)行吊芯檢查。對(duì)檢修過程中使用過的密封墊應(yīng)嚴(yán)格要求進(jìn)行更換，防止密封墊變形導(dǎo)致密封不嚴(yán)。吊芯檢修時(shí)嚴(yán)格按照工藝及檢修環(huán)境要求開展檢修工作。

b.加強(qiáng)變壓器油溫升高時(shí)設(shè)備巡視，重點(diǎn)觀察并記錄變壓器上層油溫，觀察本體以及有載開關(guān)油枕油位隨負(fù)載及溫度變化情況，呼吸器硅膠變色及呼吸暢通情況，嚴(yán)格落實(shí)主變運(yùn)行監(jiān)測(cè)措施。