詹廣振

(鄭州鐵路局 鄭州供電段,河南鄭州450005)

1 主變壓器重瓦斯保護(hù)動(dòng)作統(tǒng)計(jì)

鄭州供電段位于全國(guó)路網(wǎng)的中心,擔(dān)負(fù)著京廣、隴海、京九、新月、新荷、太焦等線的牽引供電任務(wù)。全段共有牽引變電所23個(gè),牽引變壓器46臺(tái),總?cè)萘繛?×854.5 MVA,年?duì)恳╇娏繛? 505.5 MkWh;自1991年到2010年20年間,鄭州供電段主變壓器重瓦斯保護(hù)動(dòng)作18次,造成4臺(tái)主變壓器絕緣擊穿報(bào)廢,6臺(tái)返廠大修,在這18件事故中,按故障變壓器的接線組別分,△/Y-11變壓器(其中兩臺(tái)為日本進(jìn)口)11臺(tái),斯科特接線變壓器(法國(guó)進(jìn)口)1臺(tái),三相-二相阻抗匹配平衡變壓器3臺(tái),三相V/V變壓器占2臺(tái);按投運(yùn)年限分,1980年投運(yùn)的1臺(tái),1985年投運(yùn)的3臺(tái),1986年投運(yùn)的2臺(tái),1992年投運(yùn)的1臺(tái),1995年投運(yùn)的2臺(tái),1997年投運(yùn)的4臺(tái),1998年投運(yùn)的2臺(tái),2006年投運(yùn)的1臺(tái),2009年投運(yùn)的1臺(tái)。按重瓦斯保護(hù)動(dòng)作原因統(tǒng)計(jì),如表1。

表1 重瓦斯保護(hù)動(dòng)作原因

在主變壓器絕緣不良引起的重瓦斯保護(hù)中,運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng),內(nèi)部絕緣老化2件;雷雨天氣,變壓器油枕膠囊處密封不嚴(yán),雨水混入絕緣油中,變壓器線圈、絕緣材料受潮1件;運(yùn)行7年,多次承受短路電流沖擊2件;運(yùn)行1年,承受200次短路電流沖擊(其中近距離沖擊17次)1件;擴(kuò)能改造投入運(yùn)行一個(gè)月1件。7起事故造成主變壓器線圈嚴(yán)重變形損壞、絕緣擊穿報(bào)廢3臺(tái);主變壓器返廠大修4臺(tái)(其中2臺(tái)日本進(jìn)口變壓器,1臺(tái)法國(guó)進(jìn)口變壓器)。累計(jì)造成全所停電時(shí)間90 min。

在保護(hù)二次回路引起的重瓦斯保護(hù)中,雷雨天氣造成瓦斯繼電器接線盒內(nèi)積水3件;雷雨天氣,變壓器油枕膠囊處密封不嚴(yán),雨水混入絕緣油中,短接瓦斯繼電器內(nèi)部接線1件;惡劣天氣,潮氣由電纜孔進(jìn)入,冷凝成水珠,直流接地1件;變壓器帶電,不能正常檢修,滲油腐蝕保護(hù)引線1起。6起事故累計(jì)造成全變電所停電時(shí)間97 min。

在大氣、諧振過(guò)電壓引起的重瓦斯保護(hù)中,雷雨天氣大氣過(guò)電壓2件;主變27.5 kV側(cè)處于熱備用狀態(tài)的真空斷路器真空度下降,放電擊穿,反送電至主變,沖擊勵(lì)磁電流與電容電流產(chǎn)生諧振(B相5臺(tái)避雷器均動(dòng)作1次)1件;3起事故造成主變壓器絕緣擊穿報(bào)廢1臺(tái),現(xiàn)場(chǎng)大修1臺(tái),返廠大修1臺(tái)。累計(jì)造成全變電所停電49 min。

檢修質(zhì)量引起的重瓦斯保護(hù),主要是重瓦斯掉牌繼電器存在質(zhì)量問(wèn)題,在復(fù)歸操作時(shí),外觀看已復(fù)歸,實(shí)際并未復(fù)歸,卡在動(dòng)作脫扣狀態(tài)。由于振動(dòng)掉牌自行下落,造成重瓦斯誤掉牌,但沒(méi)有造成斷路器跳閘。

檢修人員責(zé)任心引起的重瓦斯保護(hù),主要是檢修人員從主變壓器本體下部放油閥處放100 kg油,用于充油設(shè)備補(bǔ)油,由于呼吸器油封擰緊,變壓器本體內(nèi)部形成負(fù)壓力,當(dāng)主變壓器投入運(yùn)行時(shí),振動(dòng)使油中逸出的氣體向負(fù)壓區(qū)流動(dòng),導(dǎo)致瓦斯繼電器動(dòng)作,主變壓器1、2次斷路器未跳閘,信號(hào)能復(fù)歸。但在進(jìn)行110 kV回路倒切時(shí),累計(jì)造成全變電所停電7 min。

2 防止主變壓器重瓦斯保護(hù)動(dòng)作的對(duì)策

2.1 主變壓器內(nèi)部故障引起的重瓦斯保護(hù)動(dòng)作

主要是由于接觸網(wǎng)露天布置,沒(méi)有備用,運(yùn)行環(huán)境惡劣,牽引負(fù)荷又是移動(dòng)變化負(fù)荷,接觸網(wǎng)發(fā)生短路故障幾率較高,而每次短路均會(huì)產(chǎn)生巨大的電動(dòng)力,特別是主變壓器出口或近距離短路故障,所產(chǎn)生電動(dòng)力更大(是正常運(yùn)行時(shí)的數(shù)十倍至數(shù)百倍),并使繞組急劇發(fā)熱。在較高的溫度下,繞組的機(jī)械強(qiáng)度、性能下降。經(jīng)過(guò)這樣多次沖擊后,將會(huì)造成主變壓器繞組的尺寸或形狀發(fā)生不可逆的變化。

運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,變壓器一旦發(fā)生繞組變形,將導(dǎo)致累積效應(yīng),甚至出現(xiàn)惡性循環(huán)。且變壓器在發(fā)生該類事故前,常規(guī)的預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目合格,變壓器油的色譜分析符合規(guī)程規(guī)定。因此,對(duì)于繞組已經(jīng)變形但仍在運(yùn)行的變壓器,雖然并不意味著會(huì)立即發(fā)生絕緣擊穿事故,但根據(jù)繞組變形情況不同,當(dāng)再次遭受并不大的過(guò)電流或過(guò)電壓,甚至在正常運(yùn)行的鐵磁振動(dòng)作用下,也可能導(dǎo)致絕緣擊穿事故,這就是所謂的變壓器在運(yùn)行中發(fā)生的“雷擊”或“突發(fā)”事故。在此類事故中,很可能就隱藏著繞組變形的因素。因此,限制短路電流對(duì)主變壓器的沖擊,是防止主變壓器發(fā)生故障引起重瓦斯保護(hù)動(dòng)作的有效措施。

(1)在牽引變電所饋線上安裝高壓線路故障判斷裝置

該裝置廣泛的應(yīng)用在牽引變電所中,能準(zhǔn)確判斷高壓線路上發(fā)生的永久性或瞬時(shí)性故障性質(zhì),對(duì)故障線路實(shí)行選擇性重合閘,在永久性故障時(shí)可避免不必要地向故障線路強(qiáng)送電。它通過(guò)大阻值的限流器(阻值5 050±10%),能成功的將短路電流限制在5 A以內(nèi),這樣就有效減少接觸網(wǎng)短路,特別是近端短路故障電流對(duì)主變壓器的沖擊,避免事故范圍的擴(kuò)大,非常有效地改善了主變壓器的運(yùn)行環(huán)境。

對(duì)于目前尚未安裝高壓線路故障判斷裝置的牽引變電所,當(dāng)變電所發(fā)生近點(diǎn)短路故障(故障指標(biāo)指示在3 km范圍內(nèi)),且自動(dòng)重合失敗后,若跳閘區(qū)段供電臂末端有分區(qū)所(亭)并聯(lián)斷路器,應(yīng)用同方向另一供電臂通過(guò)分區(qū)所(亭)的并聯(lián)斷路器向故障供電臂試送電,不得用故障供電臂上的變電所斷路器強(qiáng)(試)送電,以減小短路電流對(duì)主變壓器的沖擊。

(2)采用新技術(shù),快速切斷流過(guò)變壓器的故障電流

采用牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng),在滿足與下一級(jí)保護(hù)配合的情況下,調(diào)整變壓器后備保護(hù)、變電所饋線保護(hù)動(dòng)作時(shí)限,使之保護(hù)動(dòng)作時(shí)限越短越好,以減小對(duì)主變壓器的沖擊。

(3)嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)程、標(biāo)準(zhǔn)、工藝要求,對(duì)設(shè)備精檢細(xì)修

嚴(yán)格按照DL/T 596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》的要求,對(duì)設(shè)備精檢細(xì)修。同時(shí),為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)主變壓器鐵芯以及線圈的縱絕緣缺陷,增加測(cè)量空載電流及空載損耗等試驗(yàn)。試驗(yàn)不一定每年都要進(jìn)行。

2.2 保護(hù)2次回路引起的重瓦斯保護(hù)動(dòng)作

對(duì)于保護(hù)2次回路故障引起的重瓦斯保護(hù)動(dòng)作,應(yīng)注意以下3點(diǎn):

(1)瓦斯繼電器(壓力釋放閥)引出線和控制電纜,應(yīng)采取有效的措施,防止變壓器油對(duì)橡膠絕緣的腐蝕作用造成的瓦斯保護(hù)動(dòng)作。

(2)忽視瓦斯繼電器端子盒、瓦斯保護(hù)二次回路的防雨,雨水進(jìn)入瓦斯繼電器端子盒(箱),造成瓦斯繼電器接點(diǎn)短接而動(dòng)作。

(3)加強(qiáng)對(duì)主變壓器油枕膠囊處的密封檢查,并采取必要的防雨水措施。

3 防止主變壓器重瓦斯保護(hù)動(dòng)作的建議

(1)加強(qiáng)對(duì)變壓器的研究,提高其抗短路電流的能力

變壓器生產(chǎn)廠家要結(jié)合電氣化鐵道運(yùn)行的特殊性,從解決變壓器能夠耐受短路的能力入手,加強(qiáng)變壓器技術(shù)設(shè)計(jì)、制造安裝、生產(chǎn)工藝等環(huán)節(jié)的研究和產(chǎn)品的質(zhì)量驗(yàn)收,不斷采用新技術(shù)、新材料、新工藝,提高主變壓器運(yùn)行的可靠性。

(2)加強(qiáng)主變壓器繞組變形監(jiān)測(cè)

目前,電力系統(tǒng)開(kāi)展的變壓器繞組變形測(cè)試技術(shù),對(duì)變壓器受到短路電流沖擊后,繞組是否發(fā)生明顯變形,能否繼續(xù)運(yùn)行提供了重要的依據(jù)。對(duì)于那些承受短路電流沖擊次數(shù)較多的變壓器,進(jìn)行繞組變形試驗(yàn),能及時(shí)發(fā)現(xiàn)變壓器繞組存在的缺陷,并進(jìn)行吊罩檢查整修,能有效地防止主變壓器重瓦斯保護(hù)事故的發(fā)生。

(3)大力開(kāi)展主變壓器故障的紅外診斷技術(shù)

隨著現(xiàn)代紅外技術(shù)不斷成熟和日趨完善,利用紅外檢測(cè)的遠(yuǎn)距離、不接觸、準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、快速等特點(diǎn)發(fā)展起來(lái)的電力設(shè)備狀態(tài)紅外檢測(cè)技術(shù),能夠在不停電、不取樣、不解體的情況下,快速實(shí)時(shí)地在線監(jiān)測(cè)和診斷變壓器的許多潛在性故障,備受國(guó)內(nèi)外電力行業(yè)的重視,并得到快速發(fā)展。這為預(yù)防主變壓器事故的發(fā)生,提供了又一種先進(jìn)檢測(cè)與故障診斷方法。

(4)對(duì)牽引變電所進(jìn)行技術(shù)改造

①采用先進(jìn)的牽引變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng),在滿足保護(hù)配合的情況下,縮短保護(hù)動(dòng)作時(shí)限,減小電動(dòng)力對(duì)主變壓器繞組的破壞。

②在饋線上安裝高壓線路故障判斷裝置,改善主變壓器運(yùn)行環(huán)境。

對(duì)于主變壓器繞組變形監(jiān)測(cè)和主變壓器故障的紅外診斷技術(shù)的開(kāi)展,建議鐵路部門(mén)借鑒電力系統(tǒng)的成熟經(jīng)驗(yàn),制定相應(yīng)的規(guī)程,規(guī)定其試驗(yàn)方法、技術(shù)要求、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等,指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)需要。

[1] 何其光,陳蓉平.電力及牽引變電所試驗(yàn)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,1994.

[2] DL/T 596-1996.電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程[S].北京:中國(guó)電力出版社,1996.

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[4] 陳 衡,侯善敬.電力設(shè)備故障紅外診斷[M].北京:中國(guó)電力出版社,1999.