王朗珠，李 霜

(重慶電力高等?？茖W(xué)校，重慶400053)

0 引言

FMEA是一種可靠性設(shè)計(jì)的重要方法。它實(shí)際上是FMA(失效模式分析)和FEA(失效影響分析)的組合。它能客觀評(píng)估各種原因出現(xiàn)的可能性，并以消除存在的問題為重點(diǎn)，幫助預(yù)防問題的再次發(fā)生。

本文借鑒FMEA(失效模式與影響)操作規(guī)程，形成一種簡(jiǎn)約、實(shí)用的解決問題的方法，采用表格的方式對(duì)某主變壓器C相故障原因進(jìn)行了分析。

具體方法是:將所有可能導(dǎo)致故障的失效模式以表格形式一一列出，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)主變內(nèi)部的檢查結(jié)果及收集的相關(guān)資料，結(jié)合每一失效模式的不同特征逐一進(jìn)行分析、排查和論證，對(duì)其疑問和假設(shè)盡可能得到作出必要的解釋;對(duì)于無法完全排除或證實(shí)的模式，則根據(jù)收集的證據(jù)，對(duì)其可能性的大小作出評(píng)估。主要步驟是:收集原始證據(jù);列舉所有可能的主變故障模式;針對(duì)每一模式的特征和表現(xiàn)形式進(jìn)一步調(diào)查取證;根據(jù)各種證據(jù)，對(duì)所有故障模式逐一進(jìn)行分析、論證和排除;隨著分析的不斷深入，最終找出根本原因及影響因素;針對(duì)根本原因及相關(guān)影響因素，制定相應(yīng)的糾正措施，防止類似事件的重復(fù)發(fā)生。

1 變壓器C相情況簡(jiǎn)介

某發(fā)電廠有兩臺(tái)900MW發(fā)電機(jī)組，均采用發(fā)電機(jī)-負(fù)荷開關(guān)-變壓器組的單元接線方式，接至主開關(guān)站向電網(wǎng)供電。主變壓器額定容量均為1125MVA，每組主變是由3臺(tái)375MVA的單相變壓器組成，兩組變壓器設(shè)有1臺(tái)單相備用變壓器，其中2#機(jī)組并入420kV電網(wǎng)。2007年12月機(jī)組第四次大修期間，2#主變完成加裝冷卻器改造，每相增加兩組編號(hào)為6#和7#的冷卻器。2009年12月機(jī)組第六次大修期間，在2#主變C相內(nèi)部加裝導(dǎo)油管。兩段導(dǎo)油管分別與主變高壓側(cè)兩個(gè)冷卻器的進(jìn)油口相連，從主油箱底部延伸至低壓母線排區(qū)域，并通過多個(gè)向上的導(dǎo)油孔將冷卻器的油對(duì)低壓母排進(jìn)行循環(huán)冷卻(此改造僅在2#主變C相進(jìn)行);并對(duì)C相主變低壓引線上、下部的裸露銅排部分包扎絕緣紙，使油與銅排不能直接接觸，限制銅油反應(yīng)。

2011年3月12日01∶09分，2#主變C相內(nèi)部發(fā)生短路故障，發(fā)變組差動(dòng)和主變差動(dòng)保護(hù)動(dòng)作出口，發(fā)電機(jī)與電網(wǎng)解列停機(jī)。02∶35現(xiàn)場(chǎng)得到控制，機(jī)組后退至安全狀態(tài)，應(yīng)急狀態(tài)解除。故障時(shí)，發(fā)變組大差動(dòng)保護(hù)、主變差動(dòng)、主變重瓦斯保護(hù)均正確動(dòng)作;主變過流保護(hù)、主變零序保護(hù)、發(fā)電機(jī)負(fù)序保護(hù)啟動(dòng)正常。

2 變壓器C相故障原因的分析過程

2.1 現(xiàn)場(chǎng)檢查

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn):主變壓器壓力釋放閥動(dòng)作，低壓側(cè)上、下人孔門全部脫落，系變壓器內(nèi)部短路故障。消防噴淋系統(tǒng)正確動(dòng)作，沒有造成火災(zāi)。故障點(diǎn)主要集中在低壓側(cè)下人孔門附近區(qū)域。低壓母線排、箱壁及底座、左右油管上方等多處部位均有電弧放電痕跡，并有一個(gè)固定油管的U形螺桿斷裂后掉落在箱底。分接開關(guān)上、下顎之間的一根零電位連線被燒斷，兩端的均壓帽脫落。

故障前，主控室無主變異常報(bào)警信號(hào);高、低壓繞組溫度也未見異常;主控室無相關(guān)工作，電網(wǎng)亦無重要操作。

2.2 FMEA在變壓器C相故障直接原因分析中的應(yīng)用

首先通過表格逐一列舉出所有可能導(dǎo)致C相主變故障的直接原因，并根據(jù)收集的證據(jù)，對(duì)每一故障模式逐一進(jìn)行論證，C相主變壓器“可能故障模式”分析論證過程見表1。

表1 C相主變可能故障模式分析表

本次故障變壓器是單相變壓器C相，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)分接開關(guān)上、下顎之間的一根零電位連線被燒斷，兩端的均壓帽脫落的狀況，按常理推斷故障幾率最大的應(yīng)是分接頭切換開關(guān)接地支撐構(gòu)架產(chǎn)生了高壓放電，造成均壓帽松脫，造成C單相接地短路。根據(jù)上述分析，事實(shí)推斷故障發(fā)生過程是:由B、C兩相短路，并很快發(fā)展到B、C兩相接地短路是主變故障的直接原因，而單相接地短路發(fā)生在其后。

2.3 引發(fā)B、C兩相接地短路的原因

圖1 故障錄波器低壓信號(hào)波形圖

三相變壓器油在事故前各項(xiàng)指標(biāo)均保持在GB7595-87運(yùn)行油標(biāo)準(zhǔn)和DL/T596-1996等標(biāo)準(zhǔn)要求的范圍內(nèi)，油樣色譜趨勢(shì)分析三相保持基本一致。因此，以變壓器運(yùn)行油化指標(biāo)為依據(jù)，可以認(rèn)為C相主變3.12事故是突發(fā)原因所造成，即油管U形固定螺桿斷裂造成的。由于變壓器內(nèi)部油管的引入在一定程度上改變了原電磁場(chǎng)的分布，采用固定油管的U型螺栓與支架的連接結(jié)構(gòu)，使得變壓器內(nèi)部形成多點(diǎn)接地，違背了變壓器內(nèi)部構(gòu)件等一點(diǎn)接地的原則。又因?yàn)閁形螺桿在漏磁場(chǎng)中感應(yīng)電流而在U形螺桿形成環(huán)流，故在U形螺桿一端斷裂的瞬間將產(chǎn)生電火花(電火花將斷面中心燒熔)，從而造成局部的絕緣油絕緣性能下降。由于油管距母排距離相對(duì)較近(234mm)，而油管上方的B、C兩相母排相間交錯(cuò)處距離更近(約50mm)，加之相間電壓較相對(duì)地電壓更高一些，故首先引發(fā)B、C兩相相間擊穿短路，并很快發(fā)展到相對(duì)地短路，對(duì)油管、油管堵板、箱壁等多處放電。故障后期波及到高壓側(cè)，特別是帶電弧油往上噴，對(duì)分接頭切換開關(guān)接地支撐構(gòu)架產(chǎn)生了高壓放電，造成均壓帽松脫。

圖2 故障前油管布置及裝配情況

圖3 斷裂的油管U形固定螺栓

2.4 U形固定螺桿內(nèi)端斷裂的原因

U形固定螺桿斷裂前油管布置及裝配情況見圖2，斷裂的油管U形固定螺栓見圖3。U形螺桿的連接裝配，采用的是螺桿穿過固定座的槽孔后，在下面用螺母、碟簧和墊圈將其鎖緊。裝配時(shí)，必須將碟簧按正確的方向安裝，以建立適當(dāng)?shù)挠杈o，起到防止螺母松動(dòng)的作用(見圖4)。為驗(yàn)證安裝的恰當(dāng)性，實(shí)驗(yàn)室檢查了鎖緊墊圈的情況，根據(jù)受力面的壓痕檢查發(fā)現(xiàn)，其中有一個(gè)彈性墊圈方向裝反，這樣，防松作用將大大降低。實(shí)驗(yàn)室分析表明:U型固定螺桿A端為疲勞斷裂。雖然斷裂U形螺桿的內(nèi)端(疲勞斷)的彈性墊圈事故后未能撿到，故未能仔細(xì)檢查。但以上的檢查情況可以說明:U形固定螺桿的安裝未能得到較好的質(zhì)量控制，安裝時(shí)沒有緊固力矩要求。

圖4 正確安裝方式

3 結(jié)論及糾正措施

3.1 故障原因總結(jié)

引發(fā)C相變壓器失效故障的根本原因是，在工程改造中，沒有對(duì)固定油管的U形螺桿進(jìn)行有效的材料質(zhì)量和安裝質(zhì)量控制，使低壓側(cè)油管端部的U形螺桿的內(nèi)側(cè)固定予緊力不夠。在長(zhǎng)期的運(yùn)行過程中，由于電磁力和油流擾動(dòng)力而產(chǎn)生的油管振動(dòng)的作用，U形螺桿的內(nèi)側(cè)產(chǎn)生疲勞斷裂，引發(fā)B、C兩相相間擊穿短路，并很快發(fā)展到相對(duì)地短路，對(duì)油管、油管堵板、箱壁等多處放電。故障后期波及到高壓側(cè)，特別是帶電弧油往上噴，對(duì)分接頭切換開關(guān)接地支撐構(gòu)架產(chǎn)生了高壓放電，造成均壓帽松脫。

3.2 糾正措施

整個(gè)C相主變壓器已由備用相主變更換替代，新的變壓器中不再加裝油管，但參照A、B相和原C相的改造，在高壓側(cè)增加了兩組冷卻器等。對(duì)三臺(tái)單相主變進(jìn)行了全面的電氣試驗(yàn)、系統(tǒng)調(diào)試試驗(yàn)等，變壓器電氣特性試驗(yàn)、絕緣試驗(yàn)和油樣分析結(jié)果合格，變壓器具備投運(yùn)條件。

4 結(jié)語

通過以上分析過程可以看出，F(xiàn)MEA不僅在設(shè)計(jì)和制造產(chǎn)品時(shí)用來控制缺陷的產(chǎn)生，將其評(píng)價(jià)、分析方法的思路應(yīng)用在電氣設(shè)備故障的分析判斷中，可使電氣工程技術(shù)人員在查找故障原因時(shí)，思路清晰、邏輯性強(qiáng)，避免誤判、漏判的發(fā)生。此外，對(duì)防止事故的再次發(fā)生，消除事故隱患具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

［1］李兆山，F(xiàn)MEA生產(chǎn)潛在失效模式分析［7］.北京:東方音像電子出版社，2007.

［2］變壓器制造技術(shù)叢書編委會(huì).變壓器裝配工藝［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［3］徐名通.電力變壓器運(yùn)行與檢修［M］.北京:水利電力出版社，1989.

［4］GB-T7595-2008，運(yùn)行中變壓器油質(zhì)量［S］.

［5］GB2536-90，變壓器油［S］.