劉天明

（中鋼集團(tuán)吉林機(jī)電設(shè)備有限公司，吉林 吉林 132021）

1 事故概況

某石墨電極廠的整流機(jī)組，采用雙反星型接線、六脈波整流電路，由整流變壓器、整流柜、短網(wǎng)構(gòu)成，其中要有很多電器元件組成的復(fù)雜的整流柜，被沒有設(shè)置任何保護(hù)措施的24 只大電流型整流二極管所完全代替，如圖1所示。在更換A 相一只被擊穿的整流二極管后合閘送電，發(fā)生了采用27 級(jí)變磁通有載正反調(diào)壓方式調(diào)壓的9000kVA 整流變壓器的壓力釋放閥噴油和重瓦斯報(bào)警并跳閘的工程事故。

事故后，我們對(duì)該整流變壓器分別做了高壓線圈（含調(diào)壓線圈）直流線電阻測量（見表1）和變壓器油色譜檢驗(yàn)（見表2）及吊芯檢查，其結(jié)果如下：

高壓側(cè)B 相低壓線圈出頭有兩處向外彈出高度約20mm 的變形并變形處的出頭綁扎斷裂。

表1 變壓器故障后的高壓線圈直流線電阻測量結(jié)果

（續(xù)）

表2 變壓器故障后的變壓器油色譜分析結(jié)果

2 分析判斷

由高壓側(cè)的B 相低壓線圈出頭有兩處向外彈出高度約20mm 的變形并變形處的出頭綁扎斷裂，可解讀出——B 相低壓線圈在故障時(shí)受到了大于額定電流的沖擊。

由故障后高壓線圈直流線電阻測量結(jié)果可知——變壓器故障后的高壓線圈（包括調(diào)壓線圈）直流線電阻嚴(yán)重不平衡。

由表3中的數(shù)據(jù)可以推斷出變壓器的電路部分有承受高能量作用后留下的故障點(diǎn)存在；由特征氣體C2H2的含量=106.89（μL/L）可推得故障點(diǎn)的溫度可能＞1000℃。

表3 應(yīng)用IEC 三比值法對(duì)故障后變壓器油的色譜 分析數(shù)導(dǎo)出計(jì)算結(jié)果

由表1中的數(shù)據(jù)可導(dǎo)出下列計(jì)算式成立：

由上述計(jì)算可以解讀出：

1）調(diào)壓線圈的直流線電阻=｛0.296、0.293、0.299、0.297、0.297、0.295｝Ω，去除調(diào)壓引線長度不等的結(jié)構(gòu)原因后，調(diào)壓線圈的直流線電阻平衡，初步判斷調(diào)壓線圈沒有故障。

2）高壓線圈基本部分（不包括調(diào)壓線圈）直流線電阻不平衡，初步判斷故障點(diǎn)位置在高壓線圈的基本部分。

表4 變壓器非故障時(shí)的高壓線圈直流線電阻測量結(jié)果

由非故障狀態(tài)時(shí)變壓器的高壓線圈直流線電阻測量結(jié)果（見表4）可導(dǎo)出下列計(jì)算式成立：

由2）計(jì)算可以解讀出：

（1）變壓器非故障狀態(tài)時(shí)調(diào)壓線圈的直流線電阻=｛0.314、0.313、0.317、0.315、0.315、0.315｝Ω，去除調(diào)壓引線長度不等的結(jié)構(gòu)原因后，調(diào)壓線圈的直流線電阻平衡。

（2）用動(dòng)態(tài)的方法引進(jìn)合理因子去除9月和12月環(huán)境溫度影響因素，對(duì)比用間接計(jì)算法得到的變壓器在故障狀態(tài)和非故障狀態(tài)兩種情況下的各個(gè)調(diào)壓線圈直流線電阻相等，由此可確切判斷出調(diào)壓線圈沒有故障。

由表4中的數(shù)據(jù)可以判斷出變壓器的高壓線圈基本部分直流線電阻=｛1.027（RAB14）、1.027（RBC14）、1.026（RCA14）｝Ω（9月天氣溫度的測量值），由表1中的數(shù)據(jù)可以判斷出變壓器的高壓線圈基本部分直流線電阻=｛（1.402（RAB14）、0.966（RBC14）、1.402（RCA14））Ω（12月天氣溫度的測量值），引進(jìn)合理因子去除環(huán)境溫度的影響，將變壓器故障前后的兩者高壓線圈線電阻數(shù)據(jù)相比對(duì)，可以解讀出BC 兩相高壓線圈基本部分的線電阻兩次測量結(jié)果幾近相等，由此可以判斷出高壓線圈的故障點(diǎn)在高壓A 相線圈基本部分。

（3）在判定故障點(diǎn)就在高壓A 相高壓線圈基本部分的同時(shí)，依據(jù)表1中變壓器故障后測量的高壓線圈線電阻RAB、RBC、RCA的相關(guān)數(shù)據(jù)，有下列計(jì)算式成立：

因?yàn)槿喔邏壕€圈的導(dǎo)體長度LA=LB=LC、有效工程導(dǎo)電截面積SA=SB=SC，根據(jù)導(dǎo)體電阻公式R=ρL/S，可以判斷出線圈故障點(diǎn)的有效工程導(dǎo)電截面積有一定程度的減少。

（4）由高壓側(cè)B 相低壓線圈出頭有兩處向外彈出高度約20mm 變形并變形處的出頭綁扎斷裂的吊芯結(jié)果和整流輸出波形示意圖（圖1），可以判斷出故障爆發(fā)時(shí)間位于直流電壓輸出的波頭至1/2 波段之間。

綜上所述，本次變壓器工程事故的原因應(yīng)該是整流系統(tǒng)的整流二極管的前端或尾端沒有配置快速熔斷器和其他保護(hù)設(shè)施，當(dāng)A 相整流二極管擊穿后形成了低壓AB 兩相線圈之間的瞬間短路，導(dǎo)致產(chǎn)生了大于額定電流數(shù)倍的短路電流，基于磁勢相等原理，此時(shí)高壓的A 相線圈也產(chǎn)生了大于額定電流同樣倍數(shù)的短路電流，如此大的短路電流同時(shí)以熱和力兩種方式作用于線圈，首先在各自線圈最薄弱處的絕緣輕度破裂炭化擊穿，絕緣輕度破裂炭化擊穿后，進(jìn)一步的加劇短路故障向縱深發(fā)展，直至變壓器從電源上切除為止。

圖1 整流系統(tǒng)示意圖和整流輸出波形示意圖

變壓器已無繼續(xù)工作的可能，需要進(jìn)行大修處理。

變壓器解體后的檢查結(jié)果如下：

1）B 相低壓線圈高壓側(cè)有兩處出頭向外彈出約20mm 的變形并變形處的出頭綁扎斷裂。

2）A 相高壓線圈下部第一段與出頭間隔一擋處匝間短路，短路點(diǎn)的絕緣嚴(yán)重炭化并可見部分電磁線融化后飛濺的銅瘤，如圖2所示。

3）上述結(jié)果與前述的判斷結(jié)果吻合。

圖2 變壓器故障部位照片

3 反思

本案例指向的整流系統(tǒng)，在整流二極管的前端或尾端沒有設(shè)置應(yīng)該有的快速熔斷器和其他保護(hù)設(shè)施等，兩臺(tái)完備的整流柜被簡單的24 只大電流型整流二極管代替，在設(shè)備的投資階段確實(shí)節(jié)省了一定的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用和空間占用，簡化了系統(tǒng)的復(fù)雜性，也為后期的設(shè)備安裝和拆卸帶來一定的方便，但同時(shí)

也為后期的運(yùn)行留下了極大的安全隱患。如果本案例指向的整流系統(tǒng)的整流二極管的前端或尾端設(shè)置了快速熔斷器和其他保護(hù)設(shè)施，就可能不發(fā)生本文開篇介紹的整流變壓器的壓力釋放閥噴油和重瓦斯信號(hào)報(bào)警并跳閘的工程事故。

4 結(jié)論

一套裝置、一個(gè)流程、一項(xiàng)工程即一個(gè)系統(tǒng)不只是由一臺(tái)（套）設(shè)備和一個(gè)工序（工藝）及一個(gè) 子工程或者只有主要設(shè)備和關(guān)鍵工序及主體建筑就可實(shí)現(xiàn)并完全達(dá)到目的，還需要與之配套的相關(guān)設(shè)備設(shè)施和輔助工序（工藝）及其他建筑物構(gòu)筑物，否則如此，暫時(shí)尚可或者一時(shí)尚可，縱觀全局和長遠(yuǎn)，還是完善設(shè)備設(shè)施或工藝流程及整體建筑和整個(gè)系統(tǒng)為上策，如此將事半功倍。