一起有载分接开关引起的500 kV变压器跳闸故障分析与处理
2020-09-11黄道均王志鹍
黄道均，马 凯，高 燃，王志鹍，束 畅
(国网安徽省电力有限公司检修分公司，安徽 合肥 230009)
1 有载调压变压器
电力变压器按其调压方式可分为有载调压和无载调压，其中有载调压变压器的有载分接开关内绝缘油与变压器本体油是密封隔离的。有载分接开关设有独立的储油柜，与变压器本体储油柜隔离，其有独立的呼吸器，有载开关变压器如图1所示。与本体之间发生渗漏油是有载分接开关比较常见的一种缺陷，如不正确处理将可能导致严重后果[1-4]。
气体继电器是油浸式变压器上的重要安全保护装置，在变压器严重渗漏油、内部故障产生气体或油流作用下接通信号或跳闸回路，发出警报信号或使变压器从电网中切除，达到保护变压器的作用。按照气体继电器的动作方式可以分为轻瓦斯保护(发报警信号)和重瓦斯保护(发跳闸命令)。气体继电器可以安装在变压器本体与本体储油柜之间的连管上，也可以安装在有载分接开关与分接开关储油柜之间的连管上[5-8]。
对于每一起由于有载分接开关故障导致气体继电器动作的案例均应进行细致全面的分析，为油浸式变压器运行维护提供参考。
2 设备及故障情况
某500 kV变电站3号主变由乌克兰扎布罗日变压器厂生产，其型号为АОДЦТН-267000/500/220-y1，投运日期为1995年。2019年6月9日03：36：41该变电站3号主变B相本体轻瓦斯保护动作。03：40：50本体重瓦斯保护动作，3号主变跳闸停止。运检人员立即到达主变B相现场后发现：有载开关呼吸器正在向外流油；本体油枕油位指示为零，本体瓦斯继电器内部无油。运检人员迅速将其有载开关呼吸器上的阀门关闭，油流停止。
3 故障原因分析
3.1 气体继电器动作原理
气体继电器一般安装在油箱和储油柜之间的管道上。在正常的工作状态下，瓦斯继电器内部充满了绝缘液体，此时双浮球式瓦斯继电器的2个浮球借助浮力处在其最高位置。
当变压器内部出现故障时，变压器内部的绝缘油发生裂解产生气体，气体逐渐聚集在瓦斯继电器内部并挤压变压器液面下降，上浮球也一同下降。通过上浮球的运动将启动一个磁触点式干簧管的开关接点，由此发出报警信号，如图2所示。此时下浮球不受任何影响，因为当气体超过300 mL后可以通过管道流向储油柜。
当变压器本体由于一个突发性的内部故障产生向储油柜方向运动的压力波流，该压力波流冲击到瓦斯继电器的挡板(该挡板受永磁体控制)，当压力波流超过挡板的动作值时(如流速到达1.0 m/s时)，挡板顺着波流的方向运动并将下浮球压下，下浮球启动一个磁触点式干簧管的开关接点(如图3所示)，接通变压器跳闸回路，变压器各侧开关跳闸断开。
当变压器发生渗漏油时，变压器的油位会下降。当油位下降至上浮球位置时，上浮球也会跟随油位的降低而下降，此时将启动磁触点式干簧管的开关接点，由此发出报警信号。如果变压器油位继续降低，当瓦斯中的液面下降到一定程度时，下浮球将下降，此时将启动磁触点式干簧管的开关接点，由此发出变压器跳闸命令。变压器渗漏油导致气体继电器轻重瓦斯动作如图4所示。
3.2 虹吸现象原理
虹吸现象是利用液面高度差的作用力现象，液体充满一根倒U形的管状结构后，将开口高的一端置于装满液体的容器中，容器内的液体会持续通过虹吸管从开口于更低的位置流出。装置中管内最高点液体在液体压强和大气压强的作用下往低位管口处移动，如图5所示。虹吸现场在日常生活及工业生产中较为常见，既可以利用虹吸现象，也要防止虹吸导致的不利情形[9-10]。
图5中，h1为A点与B点高度差；h2为A点与C点高度差；P1为B点大气压；P2为C点大气压。虹吸的实质是因为液体压强和大气压强而产生，因为h1
3.3 跳闸原因分析
进一步对B相瓦斯继电器进行检查，发现B相本体瓦斯继电器内油位已降至下浮球以下；变压器本体油位计指示到最低刻度，有载开关油位计指示为满刻度。现场分别对主变三相本体及B相有载开关分别取油样进行化验，色谱正常，未发现乙炔，总烃含量均在15 μL/L以下；同时对B相进行了直阻、绝缘电阻、介损、电压比等常规电气试验，各项结果均正常。
考虑到该变压器于1995年投运，已到了大修年限，运检单位结合此次事故跳闸开展主变返厂大修。吊罩检查如图6所示，检查发现有载切换开关室的密封状况不良，技术人员发现切换开关室底部的密封垫老化受损导致，本体与有载开关内部形成油通道。
根据现场检查、各项试验结果及吊罩检查分析，主变内部不存在放电故障，造成主变跳闸的原因为：随着地区气温升高(事故发生地进入6月以来气温持续升高)，主变负荷和油温增长较快，变压器油体积膨胀、油位上升，由于有载开关油枕内没有胶囊，当油位升高达到有载开关呼吸器连管口位置时，变压器油通过有载开关呼吸器向外泄漏，由于变压器本体与有载开关之间存在渗漏，变压器油通过切换开关进入有载开关油枕内并溢出。由于有载开关呼吸器低于变压器油位，故在变压器内部形成虹吸通道，导致变压器油不断通过此通道从有载开关呼吸器流出。在虹吸现象的作用下，主变本体内的变压器油不断向有载开关切换筒渗漏并通过有载开关呼吸器向外泄漏，油流路径如图7所示。该变压器为双浮球式瓦斯继电器，根据双浮球瓦斯继电器动作原理，当变压器持续漏油时，气体继电器先发轻瓦斯报警，再发重瓦斯报警，动作顺序正确。
为彻底消除该缺陷，运维单位联系密封圈制造厂家，在检修车间内现场订做密封圈更换，更换后主变压器恢复持续稳定运行。
4 防事故措施
本次有载分接开关与本体之间密封失效，本体变压器油在虹吸作用下通过有载分接开关的呼吸器喷出，导致本体轻重瓦斯动作跳闸，严重影响了正常的电力安全生产秩序。为防止类似事故发生，应采取以下措施。
a.按照规程规定定期进行有载开关的检修。例如有载调压变压器检修时，进行有载开关相应检修。有载开关新投运1～2年或分接变换5000次，切换开关或选择开关应吊芯检查1次。根据厂家技术说明书推荐要求也应定期、规定次数或规定年限进行吊芯检查。对检修过程中使用过的密封垫应严格要求进行更换，防止密封垫变形导致密封不严。吊芯检修时严格按照工艺及检修环境要求开展检修工作。
b.加强变压器油温升高时设备巡视，重点观察并记录变压器上层油温，观察本体以及有载开关油枕油位随负载及温度变化情况，呼吸器硅胶变色及呼吸畅通情况，严格落实主变运行监测措施。
