一起220 kV变压器排油注氮装置误动作事故分析及改进研究

曾 真, 程玉凯, 赵文川

(1.国网福建电力公司常山华侨经济开发区供电公司, 福建 漳州 363000 2.国网福建电力公司漳州供电公司, 福建 漳州 363000 3.潍坊融昌房地产开发有限公司, 山东 潍坊 262500)

0 引言

主变压器是整个变电站的核心设备，一旦发生故障，不但造成本站设备失电，严重时可能会导致整个区域电力网瘫痪[1-3]。鉴于主变压器故障的严重后果，对于大容量变压器，在其投运的同时需投运主变专用消防灭火装置。GB 50229-2006《火力发电厂与变电站设计防火规范》规定,单台容量为125 MVA及以上的主变压器应设置水喷雾灭火系统、合成泡沫喷雾系统或其他固定灭火装置[4]。据统计，某地区调度管辖220 kV主变压器容量125 MVA及以上的共计36台，其中装设排油注氮系统的有27台、水喷雾系统8台、泡沫喷雾系统1台，分别占到总数的75.0%、22.2%和2.8%，可见排油注氮装置在本地区大容量变压器应用较为广泛。

排油注氮系统总体布置图如图1所示。排油注氮装置的动作流程为：当变压器着火时，上部的多个感温探头探测到异常信号(或压力探测器动作)，同时主变重瓦斯保护动作、排油注氮装置开始启动。首先关断断流阀，同时开放排油阀将油箱内上层变压器油部分排出，而后氮气瓶内液氮从底部注入本体油箱内，可在1～2分钟内将火势控制[5]。

图1 排油注氮系统布局图

由于排油注氮装置的管路与变压器本体直连，当其误动作时，会将变压器油排除，导致非电量保护动作跳闸，甚至主变烧毁等严重后果[6,7]。

1 事故经过

1.1 事故发生前运行情况

某220 kV变电站内配有3台主变，容量均为180 MVA，都配置了排油注氮装置。其中#2主变生产厂家为衡阳特变电工变压器有限公司，型号为SFSZ10-18000/220，出厂日期为2006年4月。该主变配置的排油注氮装置型号为FMD-201,出厂时间为2006年3月。事故发生前，变电站内3台主变高、中压侧并列运行，#1、#3主变低压侧分别接10 kVⅠ、Ⅳ段母线，#2主变低压侧有二路分支开关，分接10 kVⅡ、Ⅲ段母线，如图2所示。

1.2 事故发生经过

某日10时41分，地区调控人员发现异常信号，通知运维人员,该变电站“#2主变排油注氮装置启动”“FMD装置排油阀动作”“排油注氮启动出口接点”三个光字牌亮起(FMD为该排油注氮装置型号)。10时45分，该站#2主变重瓦斯保护动作、三侧开关跳闸；10时47分，运维人员到达#2主变间隔检查主变跳闸和排油注氮装置，发现三侧开关确已跳闸，排油注氮控制柜底部有部分积油。10时49分，运维人员将排油注氮控制柜内控制把手切至“检修”状态，并关闭氮气瓶，接着前往控制室将排油注氮控制屏上“自动/手动”控制把手切至“手动”位置。

图2 事故前运行方式图

1.3 事故发生后的运行方式

该变电站#2主变重瓦斯保护动作，#2主变220 kV侧22B开关、110 kV侧12B开关、10 kV分支一62B开关、分支二62D开关跳闸，10 kVⅠ、Ⅱ段母线母分62K开关备自投保护动作，62K开关合闸，10 kVⅢ、Ⅳ段母线母分62M开关备自投保护动作，62M开关合闸，此时10 kVⅡ段母线负荷由#1主变供电，10 kVⅢ段母线负荷转由#3主变供电。

2 原因分析

2.1 一次设备检查情况

通过对现场仔细检查发现，油枕油位正常，断流阀关断(正确动作)，双浮球继电器上部观察窗内全舱积气，下部观察窗积气约1/5。排油注氮装置氮气表压力正常，油气机械联锁开启，渗油杯观察窗油杯积油并溢出，控制箱底座附近地面有部分油迹，主控室控制柜上排油阀开启、排油阀渗油、断路器跳闸、重瓦斯保护动作等指示灯亮起。初步检查结果如图3所示。

(a)双浮珠瓦斯电器 (b)断流阀状态 (c)排油注氮控制屏

(d)氮气瓶压力指示 (e)断流注氮装置 (f)渗漏油松测装置

进一步对排油阀操作机构进行解体检查，电磁铁线圈及舌口外观未见异常，如图4所示。

(a)操作机构电磁铁线圈 (b)操作机构舌扣

2.2 试验诊断情况

对变压器进行各项电气试验和油色谱分析均合格，对瓦斯继电器内积气进行分析，成分主要为空气。

2.3 保护及录波装置检查情况

首先检查#2主变非电量保护装置上“本体重瓦斯”“本体轻瓦斯”指示灯亮起，其他非电量信号灯未亮起，电量保护未动作。后台监控机上保护动作和遥信变位报文的动作时间基本与前文事故经过时记录的时间点一致。

接着对#2主变故障录波装置进行检查，发现该装置在10时41分38秒录波启动，启动原因为非电量保护动作：43分22秒录波再次启动，启动原因为主变三侧开关位置变化。两次三侧开关电流波形的录波图像如图5所示。

图5 #2主变三侧开关电流录波波形图

通过保护及录波装置检查发现，引起#2主变三侧开关跳闸的是非电量保护，结合前述检查结果，初步判断为排油注氮控制回路故障导致装置误动作引起的非电量保护装置动作。

2.4 排油注氮装置控制回路检查

对#2主变排油注氮控制回路进行检查，发现现场接线与图纸接线一致，且牢固可靠。在对排油阀控制回路各元件进行排查时，测得排油电磁阀线圈两端并联的电容器对地绝缘仅0.1 MΩ(正常应大于0.5 MΩ)，回路控制图如图6所示。

图6 排油注氮装置排油阀控制回路图

由图6可知，排油阀控制回路中并联有电容器的电磁阀线圈一侧长期受电，当其对地绝缘下降时，并联在两端的电容器充当电源的作用，使得电磁阀线圈得电，导致排油注氮装置误动作。

由此结合事故现象，可知事故的发展可分为三个阶段。

(1)阶段1：排油阀电磁铁线圈并联电容器绝缘下降，线圈对地放电，使得排油阀由关断到开启。

(2)阶段2：变压器油由排油阀流出，双浮球瓦斯继电器上部观察窗仓位出现积气，上浮球开关元件(干簧管)动作，轻瓦斯保护动作发信。

(3)阶段3：变压器油继续从排油阀流出，由于断流阀关闭，油枕未再补充油，因而双浮球瓦斯继电器下浮球随液面下降至开关元件(干簧管)动作，重瓦斯保护动作跳闸[8]。

3 改进措施

3.1 控制回路原理优化

造成本次排油注氮装置误动作的原因在于：(1)排油阀电磁线圈绝缘下降；(2)线圈并联电容器误放电。由于线圈两端并联电容器的作用在于限制线圈得失电时的过电压，因此并联电容器作为线圈的限压部件不可缺少。为限制线圈绝缘下降导致误得电，应杜绝将线圈(含电容器)两端直接接在电源回路中。

鉴于此要求，将排油阀电磁铁线圈(含电容器)接至回路闭锁接点1LR1及2LR1之间。优化前后排油阀线圈回路图如图7所示。

图7 排油阀控制回路优化前后图

3.2 具体优化方案及调试方法

3.2.1 具体优化实施方案

优化前排油阀电磁铁线圈两端的端子排号分别为4号、35号，1LR1两端端子排号分别为35号、36号，如图8(a)所示。这样一来，需要拆除1LR、2LR之间的36号线，且将原04、35号线改造为新的36号、35号线，如图8(b)所示。

(a)优化前接线 (b)优化后接线图8 排油阀控制回路具体接线优化图

3.2.2 调试方法

1)用蜂鸣器(AC220 V)代替氮气阀和排油阀电磁线圈连接入控制回路中；

2)按照排油注氮装置的自动启动逻辑，通过蜂鸣器声音判断模拟动作测试结果；

3)严格按照有关标准验收卡进行验收调试，确保装置性能和功能满足设计要求，在“自动”方式下应安全可靠运行。

4 结语

排油注氮装置的准确性及可靠性是变压器安全稳定运行的重要保障[9,10]，装置误动作将造成严重后果。文章介绍了一起主变排油注氮装置误动作导致的主变三侧开关跳闸事故，由于运维人员及时将排油注氮装置“检修”位置并关闭氮气阀，处理及时得当，并未造成更加严重的后果，但需引以为戒。针对此类排油注氮控制回路的问题，应立即组织对现有同型号装置回路排查和整改。以后新设排油注氮装置在安装、验收、运维等方面加强管理，对装置内部二次回路绝缘电阻进行测量，及时消除设备隐患，避免该类事故的再次发生。