排油注氮装置误动引起主变故障的分析及处理

排油注氮装置误动引起主变故障的分析及处理

郑鸿彦 1,2

1.海南电网有限责任公司电力科学研究院 海口 570311 2.海南省电网理化分析重点实验室 海口 570311

Analysis and treatment of the main transformer Fault caused by oil-drainage nitrogen-injection device misoperation

Zheng Hongyan^1,2

1 Electric Power Research Institute of Hainan Power Grid Limited Liability Company, Haikou 570311, China;

2 Key Laboratory of Physical and Chemical Analysis for Electric Power of Hainan Province,Haikou 570311,China

摘要：在电力系统中大容量的变压器多为油浸电力变压器，其稳定运行是电力系统安全运行的重要保证。如果变压器本体内部发生短路故障，则有可能引发火灾，造成重大设备及经济损失。排油注氮装置由于具有经济、有效等特点，因此在大型油浸变压器消防系统中得到大量使用，对主变压器安全运行起着重要作用。本文通过分析一起220kV主变压器重瓦斯保护误动作跳闸事件，结合排油注氮装置的结构特点，阐述了该装置误动的机理，并提出了相应的防范措施。

关键词：排油注氮；大型油浸变压器；误动；故障

ABSTRACT: In the electric power system large capacity transformer is mainly oil immersed power transformer, Its stable operation is important to ensure the safe operation of the power system. The short circuit fault inside the transformer may cause fire,and may result in serious equipment damage and economic loss. Owing to the advantages of economy and effectiveness, oil-drainage nitrogen-injection device is widely used in the fire extinguishing system of large oil-immersed transformer, and plays an important role in the  safe operation of the main transformer.Through the analysis on an accident process of main transformer，and combined with the structure features of heavy hammer in oil-drainage nitrogen-injection device,the mechanism of misperation is described and the corresponding precautionary measures are proposed.

KEY WORDS:oil-drainage nitrogen-injection;large oil-immersed transformers; misoperation; accident

0.引言

目前系统大容量主变压器大多采用油浸变压器，变压器油的闪点一般为130℃，当变压器内部故障发生电弧闪络，油受热分解产生蒸汽形成火灾，尽管主变压器故障时发生变压器油燃烧的情况较为少见，但一旦发生主变压器燃烧将产生巨大损失。根据《火力发电厂与变电站设计防火标准》^[1]的要求，单台容量为125MVA及以上的主变压器应设置水喷雾灭火系统、合成型泡沫喷雾灭火系统或排油注氮灭火系统等固定式灭火系统。

排油注氮装置的作用在于: 当变压器发生故障，产生的高温使油箱内部的变压器油分解出大量的可燃气体，导致变压器起火燃烧，重瓦斯和变压器顶盖的热敏探测器均会动作，它们发出的信号使排油系统开启排油阀将变压器顶部的油迅速排掉，降低变压器油箱油位，减轻油箱本体油压，防止变压器爆炸；同时断流阀动作将储油柜和箱体内的油断开，油压的变化使氮气控制阀动作，氮气以恒压从变压器底部管孔吹入，搅拌冷却变压器箱体内的油，同时充满排油后留下的空间，隔绝空气，使油温降至燃点以下而迅速灭火，达到“快速排油、注氮灭火”的效果

^[2]。

1.故障概况

1.1故障经过

220kV某站共有两台主变压器，故障前该变电站220kV、110kV母线均为双母并列运行，10kV母线为单母分列运行，10kV无出线负荷。

2018年05月24日06时04分34秒，#1主变压器本体重瓦斯保护动作，跳开#1主变压器三侧开关，导致#1主变压器失压，未造成负荷损失；05月24日06时05分40秒，本体轻瓦斯保护发告警信号；05月24日14时36分，#1变压器完成抢修后恢复送电成功。

1.2 设备基本情况

#1主变压器型号为SFSZ11-180000/220TH，生产厂家为山东泰开变压器有限公司，生产日期为2013年3月，投运日期为2014年9月；主变压器排油注氮装置型号为BPZM-40X2-II-SDHX，生产厂家为山东华祥电气有限公司，生产日期为2012年7月，投运日期为2014年9月，正常运行时该装置处于手动状态。

2.现场检查和试验情况

现场检查发现#1主变本体瓦斯继电器内部没有油，本体油枕油位计指示为零，主变外观检查无漏油现象，主变事故油池内有大量油且不断有油流入，主变排油注氮装置排油阀未动作，重锤处于关闭状态，关闭主变排油注氮装置检修阀，事故油池进油管油流停止（如图1所示）。

图1 #1主变现场检查情况

主变本体高压试验和油化验结果合格，保护及故障录波检查发现主变非电量保护动作（重、轻瓦斯先后动作），未发现故障电流（如表1所示）。

表1 #1主变本体油色谱化验结果

_{单位：μL/L}

根据《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》的要求，采用排油注氮保护装置的变压器应采用具有联动功能的双浮球结构的气体继电器；该主变配置的本体瓦斯继电器为ABB公司生产的COMEM型双浮球结构瓦斯继电器，当油位不断下降时，上浮球下降，轻瓦斯告警先动作，随着油面持续降低，下浮球下降，接通重瓦斯跳闸节点，重瓦斯动作跳闸（如图2所示）^[3]。

图 2 主变本体瓦斯继电器结构图

对本体瓦斯继电器进行试验检查，继电器的两组跳闸触点及一组告警触点可靠动作，继电器无故障。试验发现，本体瓦斯继电器至本体端子箱的“轻瓦斯告警”回路与“重瓦斯跳闸”回路反接，导致“重瓦斯跳闸”先于“轻瓦斯告警”动作。

3.故障原因分析

3.1 排油注氮装置结构分析

排油注氮式变压器灭火装置由灭火箱、控制箱、 氮气瓶、开启阀、排油管路、注氮管路、排油阀、关闭阀、气体继电器和探测器等组成，其在变压器上的安装简图如图3所示^[4]。

图 3 排油注氮装置安装示意图

经检查，发现该装置重锤结构设计不合理，该

对排油注氮装置排油阀进行解体检查，发现排油阀限位槽孔不在同一水平线上，蝶阀内部挡板倾斜，与水平位置约有15度左右的夹角，没有达到完全密封状态，导致排油阀未完全关紧；且经现场多次试验，该排油阀在重锤关闭状态时均未能完全关紧，说明该装置重锤结构设计不合理，限位措施不完善，无法保证在重锤关闭状态时排油阀处于完全关闭状态；根据检修记录，5月17日厂家检修人员在处理完排油注氮装置检修阀连接法兰渗漏油缺陷后，操作排油阀对管道进行冲洗，在关闭排油阀时未拧开限位槽孔螺栓对阀门位置进行检查，导致未能及时发现并消除排油阀渗漏油隐患（如图4所示）。

图4 主变排油注氮装置检查情况

长期以来，排油注氮式灭火装置一直采用此结 构，但实际应用表明此装置存在严重缺陷，由于重锤的连接杆控制里面的排油阀，连接杆因震动、生锈都极易造成位置变形，影响重锤控制的蝶阀的密封性，从而使排油阀因关闭不紧而漏油，造成误动；同时重锤的连接部分，也可能会由于变形、生锈和连接松懈等造成拒动。

3.2 主变压器跳闸原因分析

综合现场检查情况分析，判断#1主变跳闸原因为由于5月17日山东泰开厂家人员操作排油阀后未将排油阀关闭到位导致排油阀内部挡板未完全关紧，在油压长时间作用下导致主变持续渗漏油，随着油位不断下降从而触发了瓦斯继电器轻、重瓦斯动作接点，并最终造成#1主变重瓦斯保护动作跳开主变三侧开关。

4.采取的防范措施

（1）开展排油注氮装置隐患专项排查。对所有在运220 kV主变压器的排油注氮装置进行排查，重点对其可能发生误动的重锤等机械部分进行检查，重点检查排油阀是否关紧、限位槽孔是否在同一水平线上。

（2）加强主变消防装置运维工作。将排油注氮装置等主变消防装置列入日常巡视检查项目中，并将排油注氮装置排油阀列为主变低油位时的巡视检查项目中，结合设备预试开展主变消防系统应急演练工作，确保主变消防系统动作可靠。

（3）积极联系相关设备厂家，对存在隐患的排油注氮装置，具备条件的可对其重锤操作机构等部件进行完善化改造，场地等相关设施满足条件的也可改造成水喷雾灭火系统。

5.结语

变压器排油注氮装置对预防主变压器火灾事 故的发生起着重要作用。然而，部分装置由于重锤结构设计不合理性、制造工艺不良等原因，可能会造成装置在运行期间由于重锤连接杆变形移位，导致排油阀密封不严而发生误动， 从而扩大故障范围造成主变压器故障跳闸。对于排油注氮装置，应纳入日常运行巡视范围，加强维护保养工作，并重点对可能发生误动的重锤、连杆等部位加强检查维护，防止由于排油注氮装置误动作导致主变故障跳闸，确保主变压器安全稳定运行。

参考文献

1. GB 50229-2019 火力发电厂与变电站设计防火标准[S]. 北京：中国计划出版社, 2019.

2. 方海平. 排油注氮装置在变电所变压器消防中的应用[J]. 广西电业, 2006, 8(77): 80-82.

3. 李璐, 陈正鸣, 邝石等. 气体继电器误动作分析及处理[J]. 高压电器, 2009, 45(6): 145-147.

4. 陈俊红, 董琳杰, 胡俊祥. 新型排油注氮式变压器灭火装置的研究[J]. 电气技术, 2012, (2): 57-59.

作者简介：郑鸿彦，1983年1月出生，男，汉族，工程师，身份证号：460003198301180238，本科就读于华南理工大学电气工程及其自动化专业，研究生就读于华中科技大学电力工程及其自动化专业，工学硕士，2007年研究生毕业并就职于中国南方电网海南电网有限责任公司，2011至2020年曾任职于海南电网省公司生技部变压器及四小器设备管理专责，主要从事变压器类设备专业管理工作，南方电网变压器专业委员会及化学专业委员会委员；现任职于海南电网有限责任公司电力科学研究院状态监测及风险预警主管，主要负责全省状态监测系统监控、评价及预警工作。