牽引變電所主變壓器重瓦斯保護動作原因分析及對策

詹廣振

(鄭州鐵路局 鄭州供電段,河南鄭州450005)

1 主變壓器重瓦斯保護動作統(tǒng)計

鄭州供電段位于全國路網(wǎng)的中心,擔負著京廣、隴海、京九、新月、新荷、太焦等線的牽引供電任務(wù)。全段共有牽引變電所23個,牽引變壓器46臺,總?cè)萘繛?×854.5 MVA,年牽引供電量為1 505.5 MkWh;自1991年到2010年20年間,鄭州供電段主變壓器重瓦斯保護動作18次,造成4臺主變壓器絕緣擊穿報廢,6臺返廠大修,在這18件事故中,按故障變壓器的接線組別分,△/Y-11變壓器(其中兩臺為日本進口)11臺,斯科特接線變壓器(法國進口)1臺,三相-二相阻抗匹配平衡變壓器3臺,三相V/V變壓器占2臺;按投運年限分,1980年投運的1臺,1985年投運的3臺,1986年投運的2臺,1992年投運的1臺,1995年投運的2臺,1997年投運的4臺,1998年投運的2臺,2006年投運的1臺,2009年投運的1臺。按重瓦斯保護動作原因統(tǒng)計,如表1。

表1 重瓦斯保護動作原因

在主變壓器絕緣不良引起的重瓦斯保護中,運行時間長,內(nèi)部絕緣老化2件;雷雨天氣,變壓器油枕膠囊處密封不嚴,雨水混入絕緣油中,變壓器線圈、絕緣材料受潮1件;運行7年,多次承受短路電流沖擊2件;運行1年,承受200次短路電流沖擊(其中近距離沖擊17次)1件;擴能改造投入運行一個月1件。7起事故造成主變壓器線圈嚴重變形損壞、絕緣擊穿報廢3臺;主變壓器返廠大修4臺(其中2臺日本進口變壓器,1臺法國進口變壓器)。累計造成全所停電時間90 min。

在保護二次回路引起的重瓦斯保護中,雷雨天氣造成瓦斯繼電器接線盒內(nèi)積水3件;雷雨天氣,變壓器油枕膠囊處密封不嚴,雨水混入絕緣油中,短接瓦斯繼電器內(nèi)部接線1件;惡劣天氣,潮氣由電纜孔進入,冷凝成水珠,直流接地1件;變壓器帶電,不能正常檢修,滲油腐蝕保護引線1起。6起事故累計造成全變電所停電時間97 min。

在大氣、諧振過電壓引起的重瓦斯保護中,雷雨天氣大氣過電壓2件;主變27.5 kV側(cè)處于熱備用狀態(tài)的真空斷路器真空度下降,放電擊穿,反送電至主變,沖擊勵磁電流與電容電流產(chǎn)生諧振(B相5臺避雷器均動作1次)1件;3起事故造成主變壓器絕緣擊穿報廢1臺,現(xiàn)場大修1臺,返廠大修1臺。累計造成全變電所停電49 min。

檢修質(zhì)量引起的重瓦斯保護,主要是重瓦斯掉牌繼電器存在質(zhì)量問題,在復歸操作時,外觀看已復歸,實際并未復歸,卡在動作脫扣狀態(tài)。由于振動掉牌自行下落,造成重瓦斯誤掉牌,但沒有造成斷路器跳閘。

檢修人員責任心引起的重瓦斯保護,主要是檢修人員從主變壓器本體下部放油閥處放100 kg油,用于充油設(shè)備補油,由于呼吸器油封擰緊,變壓器本體內(nèi)部形成負壓力,當主變壓器投入運行時,振動使油中逸出的氣體向負壓區(qū)流動,導致瓦斯繼電器動作,主變壓器1、2次斷路器未跳閘,信號能復歸。但在進行110 kV回路倒切時,累計造成全變電所停電7 min。

2 防止主變壓器重瓦斯保護動作的對策

2.1 主變壓器內(nèi)部故障引起的重瓦斯保護動作

主要是由于接觸網(wǎng)露天布置,沒有備用,運行環(huán)境惡劣,牽引負荷又是移動變化負荷,接觸網(wǎng)發(fā)生短路故障幾率較高,而每次短路均會產(chǎn)生巨大的電動力,特別是主變壓器出口或近距離短路故障,所產(chǎn)生電動力更大(是正常運行時的數(shù)十倍至數(shù)百倍),并使繞組急劇發(fā)熱。在較高的溫度下,繞組的機械強度、性能下降。經(jīng)過這樣多次沖擊后,將會造成主變壓器繞組的尺寸或形狀發(fā)生不可逆的變化。

運行經(jīng)驗表明,變壓器一旦發(fā)生繞組變形,將導致累積效應(yīng),甚至出現(xiàn)惡性循環(huán)。且變壓器在發(fā)生該類事故前,常規(guī)的預防性試驗項目合格,變壓器油的色譜分析符合規(guī)程規(guī)定。因此,對于繞組已經(jīng)變形但仍在運行的變壓器,雖然并不意味著會立即發(fā)生絕緣擊穿事故,但根據(jù)繞組變形情況不同,當再次遭受并不大的過電流或過電壓,甚至在正常運行的鐵磁振動作用下,也可能導致絕緣擊穿事故,這就是所謂的變壓器在運行中發(fā)生的“雷擊”或“突發(fā)”事故。在此類事故中,很可能就隱藏著繞組變形的因素。因此,限制短路電流對主變壓器的沖擊,是防止主變壓器發(fā)生故障引起重瓦斯保護動作的有效措施。

(1)在牽引變電所饋線上安裝高壓線路故障判斷裝置

該裝置廣泛的應(yīng)用在牽引變電所中,能準確判斷高壓線路上發(fā)生的永久性或瞬時性故障性質(zhì),對故障線路實行選擇性重合閘,在永久性故障時可避免不必要地向故障線路強送電。它通過大阻值的限流器(阻值5 050±10%),能成功的將短路電流限制在5 A以內(nèi),這樣就有效減少接觸網(wǎng)短路,特別是近端短路故障電流對主變壓器的沖擊,避免事故范圍的擴大,非常有效地改善了主變壓器的運行環(huán)境。

對于目前尚未安裝高壓線路故障判斷裝置的牽引變電所,當變電所發(fā)生近點短路故障(故障指標指示在3 km范圍內(nèi)),且自動重合失敗后,若跳閘區(qū)段供電臂末端有分區(qū)所(亭)并聯(lián)斷路器,應(yīng)用同方向另一供電臂通過分區(qū)所(亭)的并聯(lián)斷路器向故障供電臂試送電,不得用故障供電臂上的變電所斷路器強(試)送電,以減小短路電流對主變壓器的沖擊。

(2)采用新技術(shù),快速切斷流過變壓器的故障電流

采用牽引變電所綜合自動化系統(tǒng),在滿足與下一級保護配合的情況下,調(diào)整變壓器后備保護、變電所饋線保護動作時限,使之保護動作時限越短越好,以減小對主變壓器的沖擊。

(3)嚴格按有關(guān)規(guī)程、標準、工藝要求,對設(shè)備精檢細修

嚴格按照DL/T 596-1996《電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程》的要求,對設(shè)備精檢細修。同時,為了及時發(fā)現(xiàn)主變壓器鐵芯以及線圈的縱絕緣缺陷,增加測量空載電流及空載損耗等試驗。試驗不一定每年都要進行。

2.2 保護2次回路引起的重瓦斯保護動作

對于保護2次回路故障引起的重瓦斯保護動作,應(yīng)注意以下3點:

(1)瓦斯繼電器(壓力釋放閥)引出線和控制電纜,應(yīng)采取有效的措施,防止變壓器油對橡膠絕緣的腐蝕作用造成的瓦斯保護動作。

(2)忽視瓦斯繼電器端子盒、瓦斯保護二次回路的防雨,雨水進入瓦斯繼電器端子盒(箱),造成瓦斯繼電器接點短接而動作。

(3)加強對主變壓器油枕膠囊處的密封檢查,并采取必要的防雨水措施。

3 防止主變壓器重瓦斯保護動作的建議

(1)加強對變壓器的研究,提高其抗短路電流的能力

變壓器生產(chǎn)廠家要結(jié)合電氣化鐵道運行的特殊性,從解決變壓器能夠耐受短路的能力入手,加強變壓器技術(shù)設(shè)計、制造安裝、生產(chǎn)工藝等環(huán)節(jié)的研究和產(chǎn)品的質(zhì)量驗收,不斷采用新技術(shù)、新材料、新工藝,提高主變壓器運行的可靠性。

(2)加強主變壓器繞組變形監(jiān)測

目前,電力系統(tǒng)開展的變壓器繞組變形測試技術(shù),對變壓器受到短路電流沖擊后,繞組是否發(fā)生明顯變形,能否繼續(xù)運行提供了重要的依據(jù)。對于那些承受短路電流沖擊次數(shù)較多的變壓器,進行繞組變形試驗,能及時發(fā)現(xiàn)變壓器繞組存在的缺陷,并進行吊罩檢查整修,能有效地防止主變壓器重瓦斯保護事故的發(fā)生。

(3)大力開展主變壓器故障的紅外診斷技術(shù)

隨著現(xiàn)代紅外技術(shù)不斷成熟和日趨完善,利用紅外檢測的遠距離、不接觸、準確、實時、快速等特點發(fā)展起來的電力設(shè)備狀態(tài)紅外檢測技術(shù),能夠在不停電、不取樣、不解體的情況下,快速實時地在線監(jiān)測和診斷變壓器的許多潛在性故障,備受國內(nèi)外電力行業(yè)的重視,并得到快速發(fā)展。這為預防主變壓器事故的發(fā)生,提供了又一種先進檢測與故障診斷方法。

(4)對牽引變電所進行技術(shù)改造

①采用先進的牽引變電所綜合自動化系統(tǒng),在滿足保護配合的情況下,縮短保護動作時限,減小電動力對主變壓器繞組的破壞。

②在饋線上安裝高壓線路故障判斷裝置,改善主變壓器運行環(huán)境。

對于主變壓器繞組變形監(jiān)測和主變壓器故障的紅外診斷技術(shù)的開展,建議鐵路部門借鑒電力系統(tǒng)的成熟經(jīng)驗,制定相應(yīng)的規(guī)程,規(guī)定其試驗方法、技術(shù)要求、技術(shù)標準等,指導現(xiàn)場生產(chǎn)需要。

[1] 何其光,陳蓉平.電力及牽引變電所試驗[M].北京:中國鐵道出版社,1994.

[2] DL/T 596-1996.電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程[S].北京:中國電力出版社,1996.

[3] 陳化鋼,張開賢,等.電力設(shè)備異常運行及事故處理[M].北京:中國水利水電出版社,1999.

[4] 陳 衡,侯善敬.電力設(shè)備故障紅外診斷[M].北京:中國電力出版社,1999.