强迫油循环风冷变压器重瓦斯保护动作原因分析及预防、处理对策
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【摘 要】 结合中石化某电厂2号主变重瓦斯保护动作事故，介绍了强迫油循环风冷变压器重瓦斯保护动作的原因及故障判断方法，总结经验避免或减少此类事故的发生。
【关键词】 变压器 重瓦斯 原因 判断方法 防范措施
1 引言
2007年4月29日中石化集团公司某电厂2号主变重瓦斯保护动作，主变跳闸，2号机停机。事故发生后，车间技术人员立即通知中化室对2号主变取油样进行分析，分析油质合格，随后将2号主变送电投入运行。10月25日5点45分2号主变再次发生重瓦斯保护动作，主变跳闸事故。事故发生后，车间技术人员立即通知中化室对2号主变取油样进行分析，分析油质合格，随后对2号主变进行检查，没有找到事发原因，随即将2号主变送电投入运行。然而没过多久，当天下午15点2号主变又再次发生了重瓦斯保护动作，主变跳闸事故。2号主变重瓦斯保护动作跳闸事故接二连三发生表明，事故原因并非变压器内部引起，而是外部故障引起，应重点检查2号主变附属设备。经检查发现2号主变2号冷却器上部进油蝶阀误关闭。
透过这起事故，暴露出检修维护人员对强迫油循环风冷变压器重瓦斯保护动作的原因认识不足，因而导致不能迅速做出正确判断，造成2号主变多次发生重瓦斯保护动作、主变跳闸事故。因此，分析探讨强迫油循环风冷变压器重瓦斯保护动作原因，提高检修维护人员故障判断能力和增强事故处理能力，具有十分重要的现实意义。
2 本次事故原因分析
为什么变压器上部进油蝶阀关闭后会导致重瓦斯保护动作呢？现结合上图分析如下：正常情况下，强迫油循环变压器油流方向是由油箱底部至上部，经上层蝶阀至变压器冷却器，然后由冷却器上部至底部，再经底层蝶阀至变压器主油箱，完成一次循环。当变压器上层蝶阀误关闭时，装于该冷却器下部的潜油泵通电后，就会迅速将冷却器内的油经底部蝶阀排入变压器本体，冷却器内呈真空状态，变压器本体油箱内的油量急速增加。此时，油便以很快的速度经瓦斯继电器及管路流向油枕，在高速油流冲击下，重瓦斯保护动作导致跳闸（如图1）。
3 造成变压器重瓦斯保护动作的几个方面
从本次事故当中，可以看出造成变压器重瓦斯保护动作的原因不仅仅是变压器内部故障，附属设备异常或其它方面也会造成变压器重瓦斯保护动作，因此，在实际工作当中，应该举一反三，切实将造成变压器重瓦斯保护动作的几方面原因分析清楚，这样就有助于我们在日常的设备维护当中及时发现并消除设备隐患，确保变压器正常运行。现具体介绍如下：
3.1 变压器内部故障
当变压器内部出现匝间短路，绝缘损坏，接触不良，铁芯多点接地等故障时，都将产生大量的热能，并使油分解出可燃性气体，向油枕（储油柜）方向流动。当流速超过瓦斯继电器的整定值时，瓦斯继电器的挡板受到冲击，重瓦斯保护动作，接点闭合，使断路器跳闸。对于这种故障，通常的判断方法是取油样进行分析，后面将详细介绍。
3.2 附属设备异常
主要有以下几方面：
3.2.1 呼吸系统故障
现在变压器的呼吸系统结构一般由气囊、吸湿器管、吸湿器等组成。气囊为耐油胶囊，装在变压器油枕内，内部充满空气。当油枕内油量增加时，气囊被压缩，气囊内的空气经吸湿器管、吸湿器向外排出；当油枕内油量减少时，在大气压力作用下，外面空气经吸湿器、吸湿器管进入气囊，气囊膨胀，变压器就是这样换气的。吸湿器内装有硅胶，采用油封结构。硅胶用来干燥空气，防止潮气进入；油封结构可以避免与外部空气直接接触。运行中，在高温下，变压器内的油因高温膨胀流进油枕，气囊被压缩。此时，如果变压器呼吸系统不畅或堵塞，变压器呼吸系统就不能正常换气，气囊内的压力将增大，变压器油箱内油压将增大。一旦呼吸系统因压力增大到某一程度突然畅通，气囊的气体就会迅速排出至外界，变压器油箱内的油就会因高压而迅速经瓦斯继电器排入油枕，导致油流冲击，从而引起轻、重瓦斯保护动作。
3.2.2 变压器进气
运行中，当变压器密封不严进入了空气，或新投入运行的变压器未经真空脱气时，造成变压器内气泡积聚，严重情况下积聚的气泡快速向油枕方向流动，造成主变轻、重瓦斯保护动作。造成主变进气的原因较多，主要有：密封垫老化和破损、法兰结合面变形、油循环系统进气、潜油泵滤网堵塞、焊接处砂眼进气等。
3.2.3 冷却器上部进油阀门误关闭
前面已经进行了论述分析，此处不再介绍。
3.2.4 潜油泵有缺陷
潜油泵缺陷对油中气体有很大影响，也会造成变压器瓦斯动作。其一是潜油泵本身烧损，使本体油热分解，产生大量可然性气体，造成变压器瓦斯继电器动作。其二是当潜油泵窥视玻璃破裂时，由于轴尖处油流急速而造成负压，可以带入大量空气，造成瓦斯继电器动作。即使玻璃未破裂，也会由于滤网堵塞形成负压空间使油脱出气泡，导致瓦斯继电器动作，严重时会导致重瓦斯保护动作，这种情况比较常见。
3.2.5 变压器内出现负压区
变压器在运行中有的部位的阀门可能被误关闭，如油枕下部与油箱连通管上的蝶阀或瓦斯继电器与油枕连通管之间的蝶阀等；再就是吸湿器下端的密封胶圈未取下，这些情况都会引起变压器内出现负压区。其原因是运行中，如果上述阀门被误关闭或吸湿器密封胶圈未取下，当气温下降时，变压器本体内油的体积缩小，进而缺油又不能及时补充过来，致使油箱顶部或瓦斯继电器内出现负压区。油中逸出的气体向负压区流动，有时在瓦斯继电器中还会形成油气上下浮动，最终导致瓦斯继电器动作。
3.2.6 忽视瓦斯继电器防雨
一般瓦斯继电器的接线端子采用圆柱型瓷套管绝缘，固定在继电器顶盖上的接线盒里，接线盒用盖子盖好。但是此盖密封情况不好，如果无防雨罩则当下大雨时，雨水就会进入接线盒，瓦斯继电器的接点就可能被接线端子和地之间的雨水漏电阻短接，使跳闸回路接通。当出口继电器两端电压达到其动作电压时，就会导致变压器两侧的断路器跳闸。
3.3 其它方面
有的变压器在大修后投入运行不久就发生重瓦斯保护动作，引起跳闸的现象。这可能是检修后器身排气不充分造成的。当变压器投运后，温度升高时，器身内的气体团突然经瓦斯继电器进入储油柜，随之产生较大的油流冲击，造成重瓦斯保护动作。
4 变压器故障判断方法
当变压器发生重瓦斯保护动作时，通常首先取油样分析判明变压器是否发生了内部短路故障。其原理是变压器的油纸绝缘材料会在电或热的作用下分解，产生各种气体。其中对判断故障有价值的气体有甲烷，乙烷，乙烯，乙炔，氢，CO，CO2。在正常运行温度下油和固体绝缘正常老化过程中，产生的气体主要是CO和CO2。在油纸绝缘中存在局部放电时，油裂解产生的气体主要是氢和甲烷。随着故障温度的升高，乙烯和乙烷的产生逐渐成为主要特征。在温度高于1000℃时，例如在电弧弧道温度（3000℃以上）的作用下，油分解产物中含有较多的乙炔。如果故障涉及到固体绝缘材料时，会产生较多的CO和CO2。具体判断方法和依据，通常采用下面表1和表2所列经验数值来进行分析判断。
注：（1）上表中总烃指的是甲烷、乙烷、乙烯、乙炔四种气体的总和。
（2）当H2含量增大，而其他组分不增加时，有可能是由于设备进水或有气泡引起水和铁的化学反应，或在高电场强度作用下，水或气体分子的分解或电晕作用而产生的。
（3）有时变压器内并不存在故障，而由于其它原因，在油中也会出现上述气体，要注意这些可能引起判断的气体来源。例如：有载调压变压器中分接开关灭弧室的油向变压器本体的渗漏；设备曾经有过故障，而故障排除后绝缘油未经彻底脱气，部分残余气体仍留在油中；设备油箱曾作过带有焊补，原注入的油就会有某些气体等。还应注意油冷却系统附属设备（如潜油泵，油流继电器等）的故障也会反映到变压器本体的油中。
通过取油样分析，如果油质不合格，那么就可以断定变压器发生了内部故障。此时，可以依据表2中的说明进一步判明变压器内部发生了什么故障：是一般过热性故障、严重过热性故障、局部放电、火花放电还是局部放电。根据故障性质，制定大修计划，消除内部故障；如果油质合格，那么就可以断定变压器并非发生内部故障。此时，应着重检查变压器附属设备是否发生异常。其方法应对照前面介绍3.2附属设备异常的几方面原因进行详细检查、分析判断：
（1）认真检查分析、判断呼吸系统是否存在不畅或堵塞故障。确定判断这一故障，应当根据变压器是否在高温下运行，且应在排除了变压器内部故障及其他附属设备未发生故障的情况下，可以推断变压器发生重瓦斯保护动作是因呼吸系统存在不畅或堵塞故障而引起。在实际工作当中，这种情况比较多见，应加强防范。
（2）认真检查变压器各部是否存在着密封不严，造成变压器进气情况；对于新投入运行的变压器，认真检查检修记录，检查变压器是否经真空脱气。在实际工作当中，因以上原因造成变压器重瓦斯保护动作的情况比较少见，但也应加强防范。
（3）认真检查变压器冷却器上部进油蝶阀是否存在误关闭现象。在实际工作当中这种情况比较多见，应该认真检查，重点防范。例如齐鲁石化公司热电厂2号主变在2007年多次发生重瓦斯保护动作，原因就是变压器冷却器上部进油蝶阀误关闭造成。造成冷却器上部进油蝶阀误关闭的原因主要有两方面：一是运行中由于油流冲击及振动等一些偶然因素引起冷却器上部进油蝶阀误关闭；二是变压器大修后，冷却器上部进油蝶阀忘记打开。
（4）认真检查变压器每一组冷却器的潜油泵是否存在烧损情况；认真检查潜油泵窥视镜玻璃是否有破裂现象及潜油泵滤网是否存在堵塞现象。如果存在以上几种情况，就可以推断变压器重瓦斯保护动作极可能是因以上几种原因引起。
（5）认真检查油枕下部与油箱连通管上的蝶阀或瓦斯继电器与油枕连通管之间的蝶阀等是否存在误关闭的现象；认真检查吸湿器下端的密封胶圈是否存在未取下情况。在实际工作当中，因以上原因造成变压器内出现负压区而引起变压器重瓦斯保护动作的情况比较少见，但也应加强防范。
（6）认真检查瓦斯继电器接线盒内是否存在雨水或其他物造成瓦斯继电器接点短接现象。在实际工作当中，这种原因引起变压器重瓦斯保护动作的情况比较多见，应当重点防范，通常采取的措施是加装瓦斯继电器防雨罩。
针对上述可能引起强迫油循环风冷变压器重瓦斯保护动作的几种情况，该厂采取了以下几方面防范措施：
（1）加装瓦斯继电器防雨罩，确保雨水不能进入瓦斯继电器接线盒内。加强大雨天气巡视力度，严防雨水进入瓦斯继电器造成接点短路。
（2）加大变压器点检、消缺维护力度，认真检查变压器是否有渗漏油情况，对渗油点及时处理；检查密封垫是否有老化和破损现象、法兰结合面有无变形、油循环系统是否进气、潜油泵滤网有无堵塞、潜油泵有无烧损及窥视玻璃有无破裂、焊接处有无砂眼进气等现象。对以上设备缺陷及时进行处理，必要时停电检修处理。
（3）检查更换吸湿器内的硅胶时，提前申请将变压器重瓦斯保护退出或改接至轻瓦斯保护，防止因更换吸湿器硅胶造成变压器重瓦斯保护动作，变压器跳闸事故。
（4）变压器在投入运行前认真检查各部阀门有无误关闭现象，尤其是冷却器上部进油阀门有无误关闭现象，防止启动油泵时因误关闭冷却器上部进油蝶阀造成重瓦斯保护动作。
（5）变压器检修后在送电投入运行前，要打开有关放气孔，注意排除内部空气，如套管法兰、高压套管升高座、油管路中死区、冷却器顶部等的残留空气。投运前应尽早启动油泵，借助油循环将残留空气排出；油泵大修中，重点检查后端盖窥视孔、引线盒的密封、油管路中各排气孔及负压区的密封是否完好。
（6）正确注油。注油应采用真空注油方法；检修后注油一定要将油枕充满，充油过程中，打开油枕顶部排气孔和手孔，边排气边按动胶囊，让胶囊完全展开，排除油枕中的全部空气。变压器经各部排气后，油枕的油面还会下降，必须再进行补充充油，直到把油枕充满，确认变压器内无气体后，方可把油排到正常油位。
（7）定期取油样进行化验分析、判断变压器内部有无故障，如有内部故障，应提前停电大修。
（8）按照电气检修规程规定定期进行设备大小修，确保变压器各部件完好无损，各部密封良好无渗油现象。
6 结语
该电厂认真吸取2号主变重瓦斯保护动作事故经验教训，对强迫油循环风冷变压器重瓦斯保护动作原因有了新的认识和提高，采取了一系列的防范措施。在实际工作中，注意加强技术管理和巡检维护，克服了重大轻小、重主轻辅的倾向，充分认识到变压器附属设备与主变压器的可靠运行息息相关，对附属设备缺陷及时组织处理，为确保各站变压器安全稳定运行奠定了良好的基础。
参考文献：
[1]作者：陈化钢，张开贤，程玉兰.《电力设备异常及事故处理》.中国水利水电出版社.1999.
[2]编著：胡安定，刘汉文等人.《石油化工设备维护检修规程》电气设备.中国石化出版社.1992.