變壓器事故油池容積可利用率研究與提升

公 偉 ，王 寧

（1.華能臨沂發電有限公司，山東 臨沂 276016;2.華能威海發電有限責任公司，山東 威海 264205）

事故油池是變壓器等充油電氣設備發生泄油事故時收納事故油的基礎設施[1]。項目組對分管的7座發電廠變電站事故油池運維狀況進行調查，統計匯總后發現5 座發電廠變電站的事故油池中均不同程度的存在積水未及時抽排的現象，積水占用了事故油池的部分容積，降低了事故油池收納變壓器事故油的能力，減小了事故油池的容積可利用率；積水中的油污一旦隨積水排向外部，將造成環境污染。因此，在確保環保要求的前提下，須要提高事故油池容積可利用率[2]。

1 事故油池容積可利用率現狀調查

現場調查可知，當前變電站事故油池中平均積水深度達0.405 m，事故油池平均容積可利用率僅為72.8%，與不小于95.24%的事故油池容積可利用率理論值差距較大[3]。

對事故油池中的積水進行精準油水分離控制，在滿足環保規定的前提下確保事故油池中的水分能抽排干凈[4]，即可持續保證分管變電站事故油池的平均容積可利用率達到

72.8%+(1-72.8%)×96.6%=99.08%。

因此，當前情況下事故油池的容積可利用率具有很大的提升空間。

2 影響事故油池容積可利用率的因素

對事故油池容積可利用率偏低的現狀從人、機、料、法、環等多個方向進行原因分析歸納后繪制出如圖1 所示的樹狀圖。

圖1 原因分析樹狀圖

經過逐條分析，確認出限制變壓器事故油池容積可利用率提升的2 條要因：

排水裝置安裝高度與事故油池底面存在高度差；不能自動控制排水裝置啟動。

3 對策實施

3.1 針對“排水裝置安裝高度與事故油池底面存在高度差”采取對策

對策：根據排水裝置尺寸規格設計事故油池排水裝置安裝坑，并報送公司設計部門審核通過；根據審核通過的設計方案在事故油池中修造排水裝置安裝坑。

目標：實現對水位低于排水裝置安裝高度與事故油池底面間高度差的水分排出率：

P1=(1-S/T)×100%=100%。

式中：S為剩余水分深度；T為排水裝置安裝高度與事故油池底面間高度差。

具體實施過程：

為確定事故油池排水裝置安裝坑的設計尺寸，對所分管 27 座變電站配置的事故油池排水泵外尺寸進行了調查統計。結果顯示，全部 27 座變電站的變壓器事故油池均采用統一購置的型號為PD-180E的潛水泵，規格為 150 mm×175 mm×210 mm，事故油池排水裝置安裝坑的設計尺寸為 180 mm×200 mm×200 mm。

對效果進行檢驗。為便捷驗證研究課題的實施效果，根據公司設計部門審核通過的變壓器事故油池排水裝置安裝坑設計方案，按照 1∶5 的比例搭建出修造后的變壓器事故油池模型，并采購排水裝置功能樣機進行組裝，對實施效果進行仿真檢驗。

利用該事故油池仿真模型，將所購置的排水裝置功能樣機安裝在其中的排水裝置安裝坑中（如圖 2 所示），并向該仿真模型中注入一定量的自來水，隨后開啟排水裝置功能樣機模擬變壓器事故油池排水工作。當排水裝置開始排空時立即關停排水裝置功能樣機。

圖2 帶有排水裝置安裝坑的變壓器事故油池仿真模型

每次注入自來水后測量排水裝置功能樣機安裝高度與仿真模型容器底面之間的高度差，并在關停排水裝置功能樣機后測量事故油池仿真模型容器中的剩余自來水深度，根據剩余自來水深度與前述高度差計算出相應的實施目標值 P，連續 50 次模擬試驗的結果表 1 所示。

表1 事故油池排水裝置安裝坑實施效果仿真試驗表

由表 1 統計的仿真試驗結果可知，對變壓器事故油池進行改造后，事故油池排水裝置能將水位低于排水裝置安裝高度與事故油池底面間高度差的水分100% 排出。

3.2 針對“不能自動控制排水裝置啟動排水”采取對策

對策：基于事故油池積水中礦物質油絕緣、水分導電，且油、水不互溶的物理特性，根據油池積水中油、水分離面的位置變化自動控制工作電源的接入，設計出能自動控制啟動的事故油池排水裝置；考察市場，選購符合要求的用于實施效果仿真驗證的F21-E1RX 電源接入控制器、電位接觸片及工作電路設備，采用變電站220 V 站用電源為裝置提供工作電源。

具體實施過程：

根據設計要求、利用事故油池積水中礦物質油絕緣、水分導電，且油、水不互溶的物理特性，考慮到實際情況下事故油池中礦物質油、水分的體積占比是隨機變化的，設計出一種能夠自動控制工作電源接入，且啟動工作的水位高度可調節的事故油池自動控制啟動排水裝置，其電路結構圖如圖3 所示。

圖3 事故油池自動控制啟動排水裝置的電路結構圖

由于礦物質油與水分的物理密度差異且油、水不互溶的化學特性，事故油池中礦物質油始終處于水分的上方。當啟動電位接觸片位于事故油池中油、水分離面以上的礦物質油中時，工作電源不能接入；反之，當啟動電位接觸片位于事故油池中油、水分離面以下的水分中時，工作電源自動接入，排水裝置開始啟動排水。

根據事故油池自動控制啟動排水裝置的電路設計方案從材料市場采購到用于實施效果仿真驗證的F21-E1RX 控制器、2 mm2導線5 m，電極接觸片2 片，長度1 m 的絕緣桿1 根，并在實施一中所搭建的事故油池排水裝置仿真模型的基礎上，加工制作完成了自動控制啟動的事故油池排水裝置仿真模型。

對實施效果進行檢驗。

同實施一中效果檢驗方式類似，為檢驗實施二的方案效果，利用制作完成的自動控制啟動的事故油池排水裝置仿真模型進行自動控制啟動成功率試驗。具體做法是：

固定好裝置模型零電位接觸片的位置；

向仿真模型容器中注入一定比例的油水混合液；

按照電位接觸片調節結點從高到低的順序，調節啟動電位接觸片以模擬事故油池中的不同積水深度，逐個結點地測試該裝置模型的自動控制啟動成功率。

記錄、分析數據。

連續200 次自動控制啟動試驗，結果可表明所設計的事故油池自動控制啟動排水裝置的自動控制啟動成功率為100%，滿足目標要求。

4 效果檢查

將研發的提高事故油池容積可利用率的方案模型在110 kV 幸福變電站進行現場配置實施，如圖4所示。

圖4 提高事故油池容積可利用率解決方案實物模型

通過對該模型連續20 次注入油水混合物，檢查裝置啟動排水、關停后事故油池的容積可利用率，并對從事故油池中抽排出的積水進行成分分析，檢測其中的油脂體積占比。

由表2 所示中的實驗數據可知，確定的提高事故油池容積利用率方法能夠實現油水分離，確保排入城市污水管網的事故油池積水中油脂含量低于國家標準推薦的10 mg/L 的工業企業污水排放標準。

表2 提高事故油池容積利用率試驗調查

5 結束語

本文成功解決了當前變電運維工作中遇到的變電站變壓器事故油池容積利用率偏低的問題，事故油池環保性能得不到保證等一系列難題。將進一步研究和完善提高變壓器事故油池容積利用率的對策方法，以實現變電運維工作降本增效。