摘 要：對某220kV變壓器有載重瓦斯保護動作跳閘原因進行事故分析和理論計算及模擬試驗，指出呼吸器硅膠受潮凍結是事故的主要原因，同時提出針對性防范措施，避免類似事故的發(fā)生。

關鍵詞：硅膠;凍結;跳閘;重瓦斯保護;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動作出口，跳開主變各側開關，本文通過對此次事故原因的分析，指出對變壓器硅膠的選型和冬季低溫期間的維護工作應給予高度重視。

1 故障變壓器檢查及試驗

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壓力釋放未動作;有載開關油流繼電器中無氣體;將有載開關瓦斯繼電器進行解體檢查，內(nèi)部各元件均動作正確、可靠。將有載分接開關吊出檢查，各部未見異常。對有載重瓦斯保護裝置及二次回路檢查均無異常。

1.2 電氣試驗結果 對故障主變的有載分接開關油進行油色譜分析結果為：乙炔含量為0.11μL/L、總烴21ppm;開關油耐壓46.6kV，可以確認開關內(nèi)部無放電或過熱故障。

1.3 保護裝置檢查及報文分析 查看主變非電量保護裝置，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生時保護裝置連續(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作跳閘后，變壓器就已經(jīng)停電，所以繼電器接點之后不應再次接通。如果能夠多次導通，則肯定是流經(jīng)瓦斯繼電器的油流持續(xù)保持且大于動作值，致使擋板往復抖動，接點斷續(xù)接通。綜上所述，基本可以排除有載分接開關內(nèi)部故障和瓦斯繼電器誤動的可能。

2 故障分析

2.1 事故原因分析 通過進一步檢查，發(fā)現(xiàn)故障變壓器的有載分接開關小油枕呼吸器內(nèi)硅膠已經(jīng)完全變色潮解，且所選用的硅膠顆粒較?。ㄒ?guī)格小于2mm）。查閱故障前后當?shù)貧庀筚Y料，發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生時環(huán)境最高溫度為6℃，而此前夜間最低溫度為-10℃。據(jù)此推測由于有載分接開關呼吸器硅膠已經(jīng)嚴重潮解，所含水分較多，且故障前夜間最低溫度達到-10℃，遠低于結冰溫度，必然導致硅膠所含水分結冰。又因選用的硅膠顆粒較小，導致整個呼吸器因硅膠結冰而完全堵塞，有載分接開關無法呼吸，小油枕就成為一個內(nèi)充氣體的密閉性容器。白天在變壓器負荷的增加和環(huán)境溫度升高的共同作用下，有載分接開關內(nèi)油溫逐漸升高，油枕內(nèi)油（氣）壓力也逐漸增大。至事發(fā)當日下午14時至16時氣溫達到+6℃為近期最高溫度，小油枕內(nèi)壓力也隨之達到最大值。此時結冰的呼吸器也在逐漸融化，當小油枕氣體壓力沖破呼吸器的堵塞時，小油枕內(nèi)氣壓迅速釋放，開關油向小油枕方向快速涌動沖擊繼電器擋板，造成重瓦斯動作跳閘。

2.2 理論計算 為驗證前文的故障分析，進行了相關理論計算。具體驗證計算過程如下：變壓器故障前，由于有載分接開關吸濕器結冰堵塞，小油枕停止呼吸形成密閉容器，可認為有載分接開關小油枕體積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，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，因V、n、R均不變，則壓力P僅與溫度T有關，即當體積一定的話，壓強與溫度成正比。則

變壓器故障前：

P1=nRT1/V，

并且P1等于1個大氣壓;

變壓器故障時：

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。

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

3 驗證試驗

3.1 模擬試驗 為了驗證事故分析和理論計算的結果，對有載分接開關呼吸回路進行了模擬試驗。先用封堵物將有載分接開關的呼吸管堵住模擬呼吸器結冰堵塞，此時在常壓下變壓器有載分接開關小油枕油位指示為2.5，然后向小油枕內(nèi)注油，當小油枕油位指示上升至5時，儀器測得油枕內(nèi)壓力為1.07 kPa。此時將呼吸管的封堵物迅速取下，變壓器的繼電保護裝置顯示有載重瓦斯保護動作出口。

3.2 試驗結論 以上試驗先后共進行了5次，有載重瓦斯保護均全部動作，而且其中有3次瓦斯繼電器的接點連續(xù)動作超過兩次。模擬試驗結果與事故分析和理論計算結果完全吻合。

4 結束語

此次變壓器有載重瓦斯保護動作事故跳閘的原因是有載分接開關呼吸器硅膠潮解結冰后，造成小油枕呼吸完全堵塞。當油溫升高時，小油枕內(nèi)氣（油）壓力增大，同時呼吸器內(nèi)結冰的硅膠逐漸融化，當小油枕壓力沖破結冰的硅膠，氣體壓力突然釋放，開關中的絕緣油向小油枕迅速涌動致使有載分接開關瓦斯繼電器動作。在絕緣油涌動過程中，繼電器擋板有時不能迅速復歸，存在往復波動現(xiàn)象，導致瓦斯繼電器接點多次接通，這也是故障發(fā)生時保護裝置多次采集到有載重瓦斯開入變位的原因。

作為變壓器輔助設備的呼吸器及其內(nèi)部硅膠，其主要作用是在溫度變化時調(diào)節(jié)變壓器的油位和吸附空氣中的水分，但由于對其維護工作不重視，竟導致一臺220kV的變壓器故障跳閘。從此次事故中我們應吸取以下教訓：①對運行中潮解超過2/3或粉末較多的硅膠，應及時給予更換（尤其在冬季低溫期間），避免結冰堵塞呼吸器。②硅膠在選型時應選用顆粒規(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，在冬季低溫期間應對變壓器縮短巡視周期，以便及時消除類似隱患。

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