排油注氮裝置重錘誤動引發的主變壓器事故分析

劉元生

(攀枝花電業局，四川攀枝花 617067)

0 引言

目前系統大容量主變壓器多采用自耦變壓器結構，盡管主變壓器故障時發生變壓器油燃燒的情況較為少見，但一旦發生主變壓器燃燒將產生巨大損失。目前220 kV及以上主變壓器消防系統主要采用水噴霧消防系統、排油注氮消防系統、合成泡沫消防系統3種形式，其中排油注氮的使用較為普遍。

排油注氮裝置的作用在于:當變壓器著火時，達到燃燒溫度的油僅局限于上表層油。將化學性質穩定的壓縮氮氣從變壓器底部注入使箱體的油自下而上攪動，加速油在油箱里的循環。這樣使已達燃燒溫度的上表面層油被下部大量的油冷卻，使油的溫度降至其閃點以下減緩燃燒。運行期間，一旦變壓器起火，重瓦斯和變壓器頂蓋的熱敏探測器均會動作，它們發出的信號使排油系統開始排油，為攪拌做好準備。緊接著攪拌系統啟動，氮氣瓶內液氮經減壓注入變壓器油箱，在1～2 min內控制燃燒。在排油過程中，油枕與油箱間形成的油流將裝在瓦斯繼電器前的流量啟閉閥關閉，從而避免“火上澆油”。

1 事故過程

1.1 事故前方式及負荷情況

1.1.1 變電站運行方式

220 kV某站220 kV主變壓器兩臺，1號主變壓器容量為300 MVA，2號主變壓器容量為240 MVA。220 kV為雙母線接線方式，出線4回;110 kV為雙母線接線方式，出線7回;35 kV為單母分段接線方式，35 kV 1M、3M共22回出線(其中包括電容器出線8回，備用1回)，站用變壓器8B、9B分別接于35 kV 1M、3 M。故障前該站負荷158.67 MW，1號主變壓器201斷路器負荷88.17 MW，101斷路器負荷(－)10.19 MW，301斷路器負荷(－)71.34 MW;2號主變壓器202斷路器負荷70.5 MW，102斷路器負荷(－)43.69 MW，302斷路器負荷(－)33.32 MW;35 kV故障線路負荷4.85 MW。

1.1.2 2號主變壓器基本情況

2號主變壓器型號為OSFPS9－240000/220，額定電壓為230/121/38.5 kV，冷卻方式為 ODAF，聯結組別為YNaod11，額定分接短路阻抗%為高－中:8.99、高 － 低:29.3、中 － 低:18.2。其主變壓器排油注氮裝置生產日期為2007年5月，投運日期為2007年9月30日。正常運行時該裝置處于手動狀態。

1.2 事故經過

2010年8月12日15時54分，該站35 kV出線開關過流Ⅰ段保護動作，斷路器跳閘，故障選相ABC三相，短路電流7 473.8 A(出線保護裝置顯示);15時55分2號主變壓器輕瓦斯動作發信號;16時10分2號主變壓器差動保護、重瓦斯、壓力釋放保護動作，2號主變壓器三側開關斷路器跳閘。1號主變壓器未過負荷。經現場初步檢查，2號主變壓器差動、重瓦斯、壓力釋放保護動作，2號主變壓器三側斷路器均在分閘位置，2號主變壓器壓力釋放閥處正下方地面上有油跡，瓦斯繼電器內無油，主變壓器排油注氮裝置重錘落下、排油閥門打開、排油管道處有油跡，氮氣瓶電磁閥門未打開，未對主變壓器進行充氮，因該裝置運行于手動位置，裝置電源處于斷開狀態。

1.3 故障點初步分析

事故發生后迅速隔離發生故障的35 kV出線間隔及2號主變壓器回路，安排恢復35 kV 3 M及非故障出線運行;迅速組織人員對2號主變壓器本體進行檢查、試驗，并對2號主變壓器油進行取樣分析。根據油化試驗數據，油中溶解氣體的“三比值”編碼為“102”，屬于高能量放電故障。高壓電試驗數據顯示繞組及鐵心絕緣較低，直阻、變比與上次測試結果相比較正常。主變壓器繞組變形測試結果橫向比較與上次測試結果基本吻合，無明顯變形跡象。綜合上述試驗結果，結合繼電保護動作情況及故障錄波報告，可初步判斷2號主變壓器內部有放電故障。故障點在主變壓器220 kV C相繞組端部附近。

1.4 主變壓器解體情況

對主變壓器附件進行拆除時，發現220 kV C相套管中部法蘭套筒下部有多處放電痕跡，均壓球有5 cm2的燒傷孔洞，套管下尾瓷套表面多處被電弧灼傷、釉質損壞;升高座內壁對應處有放電痕跡，絕緣紙筒被電弧明顯燒傷、嚴重碳化。從套管安裝洞對內觀察，變壓器內未見明顯異常。附件及套管拆除后，再次試驗結果:①直阻:高壓、中壓、低壓側與上次檢修試驗及出廠試驗數據相比較正常;②三相變比:高/中、高/低、中/低與上次檢修試驗及出廠試驗數據相比較正常。

主變壓器吊罩檢查中高、中、低壓側繞組各部位外觀均無異常現象;C相高壓套管正對油箱底部有被燒傷的絕緣紙和炭渣，高壓繞組圍屏及鐵心表面有微小金屬粉末。

2 事故原因分析

2.1 排油注氮安裝簡圖

排油注氮安裝簡圖見圖1。

圖1 排油－注氮式變壓器滅火裝置在變壓器上的安裝簡圖

2.2 排油注氮裝置結構分析

根據排油注氮裝置已開始排油、未充氮氣的現場實際，初步判斷該起事故為主變壓器排油注氮裝置誤動引起。隨后技術人員對2號主變壓器的排油注氮裝置進行模擬試驗，將重錘重新放置在支撐的電磁閥閥芯上，模擬外部震動，發現該電磁閥閥芯慢慢后退，最后導致重錘落下。

該裝置結構設計不合理，支撐的電磁閥閥芯約有20°左右的坡度，連接重錘的閥桿也有反向的相同坡度，在重錘自身的重力下，有一向電磁閥閥芯動作方向的推力，在裝置震動的情況下，該推力更大，致使支撐重錘的電磁閥閥芯慢慢沿動作方向移動，最后，在重錘自身重力下推開電磁閥閥芯而落下，打開排油管道的快速排油閥門。在日常的檢查維護中，難以發現和判斷該裝置中支撐重錘的電磁閥閥芯的后退現象。

因此，導致該排油注氮裝置重錘脫落的原因是因為該裝置在現場運行環境中，因各種震動使支撐重錘的電磁閥閥芯慢慢沿動作方向移動，最后導致重錘脫落，打開排油管道的快速排油閥門排油。所以該裝置結構設計不合理，是造成重錘落下的直接原因。

2.3 主變壓器故障分析

2號主變壓器因35 kV出線短路故障，短路電動力引起主變壓器震動(主變壓器與排油注氮裝置通過排油管硬連接)，造成主變壓器排油注氮裝置重錘脫落，打開排油閥門，變壓器油在自重及油枕內油的壓力下開始快速排油，使油枕與瓦斯繼電器間的控流閥關閉，此時，該變壓器相當于一密閉容器，排油速度迅速放緩，隨著瓦斯繼電器內油位的下降，使輕瓦斯動作發信(在重錘落下后12 s)。隨著變壓器油繼續排放，空氣將沿排油管進入變壓器內部，使排油速度逐漸加快，油位繼續下降，因排油管與C相升高座距離最近，致使C相升高座內油位低于A、B相套管升高座內油位。隨著油位繼續下降，C相升高座內絕緣強度逐漸下降，開始發生非貫穿性放電，當油位下降到一定位置時(重錘落下后約15 min)，升高座內絕緣強度不能承受均壓球處的強電場作用而對升高座內壁放電，產生大量的氣體，電弧飛濺燒傷套管法蘭，同時使變壓器器身內壓力急劇上升，瓦斯繼電器跳閘節點閉合，跳開三側斷路器，同時因變壓器內部壓力達到壓力釋放閥動作值而動作噴油。

3 設備恢復及事故防范

3.1 搶修恢復

將燒傷的220 kV套管、絕緣紙筒更換及全部密封墊更換，將變壓器油處理成合格的絕緣油，隨后進行了真空注油和熱油循環，經靜置、油壓試漏及常規試驗后，主變壓器在事故發生20日后恢復送電。

3.2 采取的防范措施

對運行的所有220 kV主變壓器的排油注氮裝置進行排查，重點對其可能發生誤動的重錘等機械部分進行檢查。在確保排油注氮裝置保持在手動位置的基礎上，將排油管道的碟閥暫時設置為關閉狀態。同時，積極聯系相關設備廠家，對存在隱患的排油注氮裝置進行完善化改造，重點將電磁閥拉桿與排油蝶閥擺桿之間的斜面接觸改為嵌入式接觸，使重錘直接掛在電磁閥上，保證受力點完全在電磁閥拉桿上。

4 結語

主變壓器排油注氮裝置對預防主變壓器火災事故的發生起著重要作用。然而，部分裝置結構設計的不合理性，可能會在外界故障的誘因下發生誤動，從而擴大故障范圍造成主變壓器事故。排油注氮裝置日常狀態下應設置為手動(鑒于無人值班變電站的現狀，應考慮遠方人工啟動功能)。同時，對于可能發生誤動的重錘、連桿等機械裝置，應納入日常運行巡視范圍，確保主變壓器安全穩定運行。

［1］王艷，李士林.大型變壓器排油注氮消防系統改造［J］.河北電力技術，2009，28(5):45－47.

［2］高常發裘永衛.排油注氮式滅火裝置的應用［J］.電氣時代，2005(10):100－101.