摘 要：對(duì)某220kV變壓器有載重瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘原因進(jìn)行事故分析和理論計(jì)算及模擬試驗(yàn)，指出呼吸器硅膠受潮凍結(jié)是事故的主要原因，同時(shí)提出針對(duì)性防范措施，避免類似事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：硅膠;凍結(jié);跳閘;重瓦斯保護(hù);氣體狀態(tài)方程

0 引言

2015年03月04日下午，某220kV變電站#1主變有載重瓦斯保護(hù)動(dòng)作出口，跳開主變各側(cè)開關(guān)，本文通過對(duì)此次事故原因的分析，指出對(duì)變壓器硅膠的選型和冬季低溫期間的維護(hù)工作應(yīng)給予高度重視。

1 故障變壓器檢查及試驗(yàn)

1.1 變壓器外觀檢查 事故發(fā)生后，檢查故障主變本體油位、有載分接開關(guān)油枕油位正常;主變本體無滲漏油現(xiàn)象，變壓器本體及有載開關(guān)壓力釋放未動(dòng)作;有載開關(guān)油流繼電器中無氣體;將有載開關(guān)瓦斯繼電器進(jìn)行解體檢查，內(nèi)部各元件均動(dòng)作正確、可靠。將有載分接開關(guān)吊出檢查，各部未見異常。對(duì)有載重瓦斯保護(hù)裝置及二次回路檢查均無異常。

1.2 電氣試驗(yàn)結(jié)果 對(duì)故障主變的有載分接開關(guān)油進(jìn)行油色譜分析結(jié)果為：乙炔含量為0.11μL/L、總烴21ppm;開關(guān)油耐壓46.6kV，可以確認(rèn)開關(guān)內(nèi)部無放電或過熱故障。

1.3 保護(hù)裝置檢查及報(bào)文分析 查看主變非電量保護(hù)裝置，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生時(shí)保護(hù)裝置連續(xù)三次采集到有載重瓦斯開入變位。由于有載重瓦斯首次動(dòng)作跳閘后，變壓器就已經(jīng)停電，所以繼電器接點(diǎn)之后不應(yīng)再次接通。如果能夠多次導(dǎo)通，則肯定是流經(jīng)瓦斯繼電器的油流持續(xù)保持且大于動(dòng)作值，致使擋板往復(fù)抖動(dòng)，接點(diǎn)斷續(xù)接通。綜上所述，基本可以排除有載分接開關(guān)內(nèi)部故障和瓦斯繼電器誤動(dòng)的可能。

2 故障分析

2.1 事故原因分析 通過進(jìn)一步檢查，發(fā)現(xiàn)故障變壓器的有載分接開關(guān)小油枕呼吸器內(nèi)硅膠已經(jīng)完全變色潮解，且所選用的硅膠顆粒較小（規(guī)格小于2mm）。查閱故障前后當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生時(shí)環(huán)境最高溫度為6℃，而此前夜間最低溫度為-10℃。據(jù)此推測(cè)由于有載分接開關(guān)呼吸器硅膠已經(jīng)嚴(yán)重潮解，所含水分較多，且故障前夜間最低溫度達(dá)到-10℃，遠(yuǎn)低于結(jié)冰溫度，必然導(dǎo)致硅膠所含水分結(jié)冰。又因選用的硅膠顆粒較小，導(dǎo)致整個(gè)呼吸器因硅膠結(jié)冰而完全堵塞，有載分接開關(guān)無法呼吸，小油枕就成為一個(gè)內(nèi)充氣體的密閉性容器。白天在變壓器負(fù)荷的增加和環(huán)境溫度升高的共同作用下，有載分接開關(guān)內(nèi)油溫逐漸升高，油枕內(nèi)油（氣）壓力也逐漸增大。至事發(fā)當(dāng)日下午14時(shí)至16時(shí)氣溫達(dá)到+6℃為近期最高溫度，小油枕內(nèi)壓力也隨之達(dá)到最大值。此時(shí)結(jié)冰的呼吸器也在逐漸融化，當(dāng)小油枕氣體壓力沖破呼吸器的堵塞時(shí)，小油枕內(nèi)氣壓迅速釋放，開關(guān)油向小油枕方向快速涌動(dòng)沖擊繼電器擋板，造成重瓦斯動(dòng)作跳閘。

2.2 理論計(jì)算 為驗(yàn)證前文的故障分析，進(jìn)行了相關(guān)理論計(jì)算。具體驗(yàn)證計(jì)算過程如下：變壓器故障前，由于有載分接開關(guān)吸濕器結(jié)冰堵塞，小油枕停止呼吸形成密閉容器，可認(rèn)為有載分接開關(guān)小油枕體積V不變。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程：pV=nRT（方程中p為理想氣體壓強(qiáng)，單位Pa;V為氣體體積，單位m3; n為氣體的物質(zhì)的量;R為摩爾氣體常量，單位mol;T為體系溫度，單位K），即壓力×體積=摩爾質(zhì)量×溫度。同時(shí)，因V、n、R均不變，則壓力P僅與溫度T有關(guān)，即當(dāng)體積一定的話，壓強(qiáng)與溫度成正比。則

變壓器故障前：

P1=nRT1/V，

并且P1等于1個(gè)大氣壓;

變壓器故障時(shí)：

P2=nRT2/V，

則P2/P1=T2/T1。

已知故障前外界最低溫度-10℃，

則T1=273.15-10=263.15;

故障時(shí)外界溫度6℃，則

T2=273.15+6=279.15;

由此可以得出

P2=P1T2/T1=279.15/263.15=1.071kPa。

即當(dāng)有載呼吸器因結(jié)冰完全堵塞后，在當(dāng)天最高溫度時(shí)，油枕內(nèi)壓力也達(dá)到最大，其值為1.071kPa。

3 驗(yàn)證試驗(yàn)

3.1 模擬試驗(yàn) 為了驗(yàn)證事故分析和理論計(jì)算的結(jié)果，對(duì)有載分接開關(guān)呼吸回路進(jìn)行了模擬試驗(yàn)。先用封堵物將有載分接開關(guān)的呼吸管堵住模擬呼吸器結(jié)冰堵塞，此時(shí)在常壓下變壓器有載分接開關(guān)小油枕油位指示為2.5，然后向小油枕內(nèi)注油，當(dāng)小油枕油位指示上升至5時(shí)，儀器測(cè)得油枕內(nèi)壓力為1.07 kPa。此時(shí)將呼吸管的封堵物迅速取下，變壓器的繼電保護(hù)裝置顯示有載重瓦斯保護(hù)動(dòng)作出口。

3.2 試驗(yàn)結(jié)論 以上試驗(yàn)先后共進(jìn)行了5次，有載重瓦斯保護(hù)均全部動(dòng)作，而且其中有3次瓦斯繼電器的接點(diǎn)連續(xù)動(dòng)作超過兩次。模擬試驗(yàn)結(jié)果與事故分析和理論計(jì)算結(jié)果完全吻合。

4 結(jié)束語(yǔ)

此次變壓器有載重瓦斯保護(hù)動(dòng)作事故跳閘的原因是有載分接開關(guān)呼吸器硅膠潮解結(jié)冰后，造成小油枕呼吸完全堵塞。當(dāng)油溫升高時(shí)，小油枕內(nèi)氣（油）壓力增大，同時(shí)呼吸器內(nèi)結(jié)冰的硅膠逐漸融化，當(dāng)小油枕壓力沖破結(jié)冰的硅膠，氣體壓力突然釋放，開關(guān)中的絕緣油向小油枕迅速涌動(dòng)致使有載分接開關(guān)瓦斯繼電器動(dòng)作。在絕緣油涌動(dòng)過程中，繼電器擋板有時(shí)不能迅速?gòu)?fù)歸，存在往復(fù)波動(dòng)現(xiàn)象，導(dǎo)致瓦斯繼電器接點(diǎn)多次接通，這也是故障發(fā)生時(shí)保護(hù)裝置多次采集到有載重瓦斯開入變位的原因。

作為變壓器輔助設(shè)備的呼吸器及其內(nèi)部硅膠，其主要作用是在溫度變化時(shí)調(diào)節(jié)變壓器的油位和吸附空氣中的水分，但由于對(duì)其維護(hù)工作不重視，竟導(dǎo)致一臺(tái)220kV的變壓器故障跳閘。從此次事故中我們應(yīng)吸取以下教訓(xùn)：①對(duì)運(yùn)行中潮解超過2/3或粉末較多的硅膠，應(yīng)及時(shí)給予更換（尤其在冬季低溫期間），避免結(jié)冰堵塞呼吸器。②硅膠在選型時(shí)應(yīng)選用顆粒規(guī)格大于3mm的硅膠。③現(xiàn)管理模式下變電站基本為無人值守定期巡視，為了避免類似事故的發(fā)生，在冬季低溫期間應(yīng)對(duì)變壓器縮短巡視周期，以便及時(shí)消除類似隱患。

作者簡(jiǎn)介：孫德洲（1976-），男，遼寧大連莊河人，助理工程師，變電運(yùn)維高級(jí)技師，本科，現(xiàn)任大連供電公司運(yùn)維檢修部莊河運(yùn)維班專責(zé)工程師，研究方向：變電站設(shè)備異常處理及事故原因分析。