一起220 kV變壓器排油注氮裝置誤動(dòng)作事故分析及改進(jìn)研究

曾 真, 程玉凱, 趙文川

(1.國(guó)網(wǎng)福建電力公司常山華僑經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)供電公司, 福建 漳州 363000 2.國(guó)網(wǎng)福建電力公司漳州供電公司, 福建 漳州 363000 3.濰坊融昌房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司, 山東 濰坊 262500)

0 引言

主變壓器是整個(gè)變電站的核心設(shè)備，一旦發(fā)生故障，不但造成本站設(shè)備失電，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)區(qū)域電力網(wǎng)癱瘓[1-3]。鑒于主變壓器故障的嚴(yán)重后果，對(duì)于大容量變壓器，在其投運(yùn)的同時(shí)需投運(yùn)主變專用消防滅火裝置。GB 50229-2006《火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范》規(guī)定,單臺(tái)容量為125 MVA及以上的主變壓器應(yīng)設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)、合成泡沫噴霧系統(tǒng)或其他固定滅火裝置[4]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，某地區(qū)調(diào)度管轄220 kV主變壓器容量125 MVA及以上的共計(jì)36臺(tái)，其中裝設(shè)排油注氮系統(tǒng)的有27臺(tái)、水噴霧系統(tǒng)8臺(tái)、泡沫噴霧系統(tǒng)1臺(tái)，分別占到總數(shù)的75.0%、22.2%和2.8%，可見(jiàn)排油注氮裝置在本地區(qū)大容量變壓器應(yīng)用較為廣泛。

排油注氮系統(tǒng)總體布置圖如圖1所示。排油注氮裝置的動(dòng)作流程為：當(dāng)變壓器著火時(shí)，上部的多個(gè)感溫探頭探測(cè)到異常信號(hào)(或壓力探測(cè)器動(dòng)作)，同時(shí)主變重瓦斯保護(hù)動(dòng)作、排油注氮裝置開(kāi)始啟動(dòng)。首先關(guān)斷斷流閥，同時(shí)開(kāi)放排油閥將油箱內(nèi)上層變壓器油部分排出，而后氮?dú)馄績(jī)?nèi)液氮從底部注入本體油箱內(nèi)，可在1～2分鐘內(nèi)將火勢(shì)控制[5]。

圖1 排油注氮系統(tǒng)布局圖

由于排油注氮裝置的管路與變壓器本體直連，當(dāng)其誤動(dòng)作時(shí)，會(huì)將變壓器油排除，導(dǎo)致非電量保護(hù)動(dòng)作跳閘，甚至主變燒毀等嚴(yán)重后果[6,7]。

1 事故經(jīng)過(guò)

1.1 事故發(fā)生前運(yùn)行情況

某220 kV變電站內(nèi)配有3臺(tái)主變，容量均為180 MVA，都配置了排油注氮裝置。其中#2主變生產(chǎn)廠家為衡陽(yáng)特變電工變壓器有限公司，型號(hào)為SFSZ10-18000/220，出廠日期為2006年4月。該主變配置的排油注氮裝置型號(hào)為FMD-201,出廠時(shí)間為2006年3月。事故發(fā)生前，變電站內(nèi)3臺(tái)主變高、中壓側(cè)并列運(yùn)行，#1、#3主變低壓側(cè)分別接10 kVⅠ、Ⅳ段母線，#2主變低壓側(cè)有二路分支開(kāi)關(guān)，分接10 kVⅡ、Ⅲ段母線，如圖2所示。

1.2 事故發(fā)生經(jīng)過(guò)

某日10時(shí)41分，地區(qū)調(diào)控人員發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)，通知運(yùn)維人員,該變電站“#2主變排油注氮裝置啟動(dòng)”“FMD裝置排油閥動(dòng)作”“排油注氮啟動(dòng)出口接點(diǎn)”三個(gè)光字牌亮起(FMD為該排油注氮裝置型號(hào))。10時(shí)45分，該站#2主變重瓦斯保護(hù)動(dòng)作、三側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘；10時(shí)47分，運(yùn)維人員到達(dá)#2主變間隔檢查主變跳閘和排油注氮裝置，發(fā)現(xiàn)三側(cè)開(kāi)關(guān)確已跳閘，排油注氮控制柜底部有部分積油。10時(shí)49分，運(yùn)維人員將排油注氮控制柜內(nèi)控制把手切至“檢修”狀態(tài)，并關(guān)閉氮?dú)馄?，接著前往控制室將排油注氮控制屏上“自?dòng)/手動(dòng)”控制把手切至“手動(dòng)”位置。

圖2 事故前運(yùn)行方式圖

1.3 事故發(fā)生后的運(yùn)行方式

該變電站#2主變重瓦斯保護(hù)動(dòng)作，#2主變220 kV側(cè)22B開(kāi)關(guān)、110 kV側(cè)12B開(kāi)關(guān)、10 kV分支一62B開(kāi)關(guān)、分支二62D開(kāi)關(guān)跳閘，10 kVⅠ、Ⅱ段母線母分62K開(kāi)關(guān)備自投保護(hù)動(dòng)作，62K開(kāi)關(guān)合閘，10 kVⅢ、Ⅳ段母線母分62M開(kāi)關(guān)備自投保護(hù)動(dòng)作，62M開(kāi)關(guān)合閘，此時(shí)10 kVⅡ段母線負(fù)荷由#1主變供電，10 kVⅢ段母線負(fù)荷轉(zhuǎn)由#3主變供電。

2 原因分析

2.1 一次設(shè)備檢查情況

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn)，油枕油位正常，斷流閥關(guān)斷(正確動(dòng)作)，雙浮球繼電器上部觀察窗內(nèi)全艙積氣，下部觀察窗積氣約1/5。排油注氮裝置氮?dú)獗韷毫φ?，油氣機(jī)械聯(lián)鎖開(kāi)啟，滲油杯觀察窗油杯積油并溢出，控制箱底座附近地面有部分油跡，主控室控制柜上排油閥開(kāi)啟、排油閥滲油、斷路器跳閘、重瓦斯保護(hù)動(dòng)作等指示燈亮起。初步檢查結(jié)果如圖3所示。

(a)雙浮珠瓦斯電器 (b)斷流閥狀態(tài) (c)排油注氮控制屏

(d)氮?dú)馄繅毫χ甘?(e)斷流注氮裝置 (f)滲漏油松測(cè)裝置

進(jìn)一步對(duì)排油閥操作機(jī)構(gòu)進(jìn)行解體檢查，電磁鐵線圈及舌口外觀未見(jiàn)異常，如圖4所示。

(a)操作機(jī)構(gòu)電磁鐵線圈 (b)操作機(jī)構(gòu)舌扣

2.2 試驗(yàn)診斷情況

對(duì)變壓器進(jìn)行各項(xiàng)電氣試驗(yàn)和油色譜分析均合格，對(duì)瓦斯繼電器內(nèi)積氣進(jìn)行分析，成分主要為空氣。

2.3 保護(hù)及錄波裝置檢查情況

首先檢查#2主變非電量保護(hù)裝置上“本體重瓦斯”“本體輕瓦斯”指示燈亮起，其他非電量信號(hào)燈未亮起，電量保護(hù)未動(dòng)作。后臺(tái)監(jiān)控機(jī)上保護(hù)動(dòng)作和遙信變位報(bào)文的動(dòng)作時(shí)間基本與前文事故經(jīng)過(guò)時(shí)記錄的時(shí)間點(diǎn)一致。

接著對(duì)#2主變故障錄波裝置進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)該裝置在10時(shí)41分38秒錄波啟動(dòng)，啟動(dòng)原因?yàn)榉请娏勘Ｗo(hù)動(dòng)作：43分22秒錄波再次啟動(dòng)，啟動(dòng)原因?yàn)橹髯內(nèi)齻?cè)開(kāi)關(guān)位置變化。兩次三側(cè)開(kāi)關(guān)電流波形的錄波圖像如圖5所示。

圖5 #2主變?nèi)齻?cè)開(kāi)關(guān)電流錄波波形圖

通過(guò)保護(hù)及錄波裝置檢查發(fā)現(xiàn)，引起#2主變?nèi)齻?cè)開(kāi)關(guān)跳閘的是非電量保護(hù)，結(jié)合前述檢查結(jié)果，初步判斷為排油注氮控制回路故障導(dǎo)致裝置誤動(dòng)作引起的非電量保護(hù)裝置動(dòng)作。

2.4 排油注氮裝置控制回路檢查

對(duì)#2主變排油注氮控制回路進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)接線與圖紙接線一致，且牢固可靠。在對(duì)排油閥控制回路各元件進(jìn)行排查時(shí)，測(cè)得排油電磁閥線圈兩端并聯(lián)的電容器對(duì)地絕緣僅0.1 MΩ(正常應(yīng)大于0.5 MΩ)，回路控制圖如圖6所示。

圖6 排油注氮裝置排油閥控制回路圖

由圖6可知，排油閥控制回路中并聯(lián)有電容器的電磁閥線圈一側(cè)長(zhǎng)期受電，當(dāng)其對(duì)地絕緣下降時(shí)，并聯(lián)在兩端的電容器充當(dāng)電源的作用，使得電磁閥線圈得電，導(dǎo)致排油注氮裝置誤動(dòng)作。

由此結(jié)合事故現(xiàn)象，可知事故的發(fā)展可分為三個(gè)階段。

(1)階段1：排油閥電磁鐵線圈并聯(lián)電容器絕緣下降，線圈對(duì)地放電，使得排油閥由關(guān)斷到開(kāi)啟。

(2)階段2：變壓器油由排油閥流出，雙浮球瓦斯繼電器上部觀察窗倉(cāng)位出現(xiàn)積氣，上浮球開(kāi)關(guān)元件(干簧管)動(dòng)作，輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作發(fā)信。

(3)階段3：變壓器油繼續(xù)從排油閥流出，由于斷流閥關(guān)閉，油枕未再補(bǔ)充油，因而雙浮球瓦斯繼電器下浮球隨液面下降至開(kāi)關(guān)元件(干簧管)動(dòng)作，重瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘[8]。

3 改進(jìn)措施

3.1 控制回路原理優(yōu)化

造成本次排油注氮裝置誤動(dòng)作的原因在于：(1)排油閥電磁線圈絕緣下降；(2)線圈并聯(lián)電容器誤放電。由于線圈兩端并聯(lián)電容器的作用在于限制線圈得失電時(shí)的過(guò)電壓，因此并聯(lián)電容器作為線圈的限壓部件不可缺少。為限制線圈絕緣下降導(dǎo)致誤得電，應(yīng)杜絕將線圈(含電容器)兩端直接接在電源回路中。

鑒于此要求，將排油閥電磁鐵線圈(含電容器)接至回路閉鎖接點(diǎn)1LR1及2LR1之間。優(yōu)化前后排油閥線圈回路圖如圖7所示。

圖7 排油閥控制回路優(yōu)化前后圖

3.2 具體優(yōu)化方案及調(diào)試方法

3.2.1 具體優(yōu)化實(shí)施方案

優(yōu)化前排油閥電磁鐵線圈兩端的端子排號(hào)分別為4號(hào)、35號(hào)，1LR1兩端端子排號(hào)分別為35號(hào)、36號(hào)，如圖8(a)所示。這樣一來(lái)，需要拆除1LR、2LR之間的36號(hào)線，且將原04、35號(hào)線改造為新的36號(hào)、35號(hào)線，如圖8(b)所示。

(a)優(yōu)化前接線 (b)優(yōu)化后接線圖8 排油閥控制回路具體接線優(yōu)化圖

3.2.2 調(diào)試方法

1)用蜂鳴器(AC220 V)代替氮?dú)忾y和排油閥電磁線圈連接入控制回路中；

2)按照排油注氮裝置的自動(dòng)啟動(dòng)邏輯，通過(guò)蜂鳴器聲音判斷模擬動(dòng)作測(cè)試結(jié)果；

3)嚴(yán)格按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收卡進(jìn)行驗(yàn)收調(diào)試，確保裝置性能和功能滿足設(shè)計(jì)要求，在“自動(dòng)”方式下應(yīng)安全可靠運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

排油注氮裝置的準(zhǔn)確性及可靠性是變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障[9,10]，裝置誤動(dòng)作將造成嚴(yán)重后果。文章介紹了一起主變排油注氮裝置誤動(dòng)作導(dǎo)致的主變?nèi)齻?cè)開(kāi)關(guān)跳閘事故，由于運(yùn)維人員及時(shí)將排油注氮裝置“檢修”位置并關(guān)閉氮?dú)忾y，處理及時(shí)得當(dāng)，并未造成更加嚴(yán)重的后果，但需引以為戒。針對(duì)此類排油注氮控制回路的問(wèn)題，應(yīng)立即組織對(duì)現(xiàn)有同型號(hào)裝置回路排查和整改。以后新設(shè)排油注氮裝置在安裝、驗(yàn)收、運(yùn)維等方面加強(qiáng)管理，對(duì)裝置內(nèi)部二次回路絕緣電阻進(jìn)行測(cè)量，及時(shí)消除設(shè)備隱患，避免該類事故的再次發(fā)生。