一起油浸式變壓器壓力釋放閥噴油原因與預(yù)防

戴 蔚

(淮河能源顧橋電廠，安徽 淮南 232001)

壓力釋放閥是油浸式變壓器的安全保護裝置。當變壓器內(nèi)部發(fā)生電氣故障時，變壓器油在高溫下分解出大量可燃性氣體，使油箱內(nèi)部壓力突然增大。由于變壓器絕緣油具有不可壓縮性的特性，若不能及時釋放巨大的內(nèi)部壓力，則有可能造成變壓器油箱變形甚至破裂，導致絕緣油噴灑，釀成火災(zāi)。壓力釋放閥在這種情況下能夠迅速動作，排出故障產(chǎn)生的高壓氣體和絕緣油，以降低油箱所承受的壓力，保證變壓器的安全。當油箱內(nèi)部壓力降至正常值以后，壓力釋放閥能夠可靠關(guān)閉，防止外部水和空氣進入油箱污染油質(zhì)。帶有機械動作指示標志的壓力釋放閥(見圖1)開啟后，動作指示桿能夠明顯動作并在閥門關(guān)閉后依然保持在開啟后的位置，便于觀察閥門動作情況。

圖1 壓力釋放閥結(jié)構(gòu)圖

1 故障經(jīng)過及處理

2018年11月12日，某電廠運行人員巡檢發(fā)現(xiàn)#1主變油池中有少量噴射狀油跡，主變#1壓力釋放閥防雨罩排油口有少量余油滴落，但該變壓器壓力釋放保護、輕重瓦斯保護、差動保護均未報警和動作。由于該型變壓器壓力釋放閥外部設(shè)計有防雨罩，故無法直接目視檢查動作情況。檢修人員檢查變壓器冷卻器運行正常、油溫、油位正常、呼吸系統(tǒng)無阻塞、繼電保護裝置正常，油色譜化驗顯示變壓器油質(zhì)合格，因此判斷變壓器未發(fā)生內(nèi)部故障，懷疑此次異常噴油是由壓力釋放閥異常引起。時值迎峰度冬期間，為保障電網(wǎng)穩(wěn)定，經(jīng)電廠技術(shù)人員、變壓器廠家技術(shù)人員和省電科院專家綜合研判決定繼續(xù)運行該變壓器，同時加強變壓器溫度控制和設(shè)備巡視。2019年2月5日，#1機組春節(jié)調(diào)停檢修，變壓器廠家到廠更換了#1主變#1壓力釋放閥，并將舊閥門送省電科院檢測，結(jié)果顯示該壓力釋放閥時效開啟壓力和開啟壓力等性能指標均不符合相關(guān)標準(JB/T 7065-2015《變壓器用壓力釋放閥》)要求。

2 原因分析

該電廠#1主變型號SFP-400000/220，為天威保變(合肥)變壓器有限公司生產(chǎn)的戶外三相雙繞組無載調(diào)壓、強迫油循環(huán)風冷變壓器。在變壓器背面頂端的左右兩側(cè)各裝有一個壓力釋放閥，釋放閥噴油有效口徑為130mm。噴油故障發(fā)生后，經(jīng)技術(shù)人員檢查發(fā)現(xiàn)：1)雖然壓力釋放閥動作，但噴油量非常少，油箱油位未發(fā)現(xiàn)明顯變化；主變輕、重瓦斯保護，差動保護均未動作；變壓器油色譜化驗結(jié)果正常；從這些情況可以判斷變壓器沒有發(fā)生內(nèi)部故障。2)變壓器呼吸系統(tǒng)運行正常、呼吸器可以正常排氣，因此排除了因呼吸系統(tǒng)堵塞的可能。3)變壓器油系統(tǒng)各閥門均在正常工作位置位，油路通暢，可以排除油循環(huán)異常的可能。4)運行后臺數(shù)據(jù)顯示，故障當日#1主變最大負荷約277 MVA，而變壓器額定容量為400 MVA，因此可以排除變壓器重載運行引發(fā)此次異常。5)主變共有5組冷卻器，每組冷卻器配有1臺油泵和3臺風扇。冷卻器運行方式為“2運2輔1備”即變壓器投運后的基本工作方式為2組冷卻器運行；當變壓器繞組溫度達到65 ℃或發(fā)電機負荷達到280 MW時2組輔助冷卻器自動啟動；1組備用冷卻器需要運行人員根據(jù)實際需要手動投運。2018年11月12日上午9點開始至故障發(fā)生時，#1發(fā)電機負荷一直維持在275 MW左右，始終未達到輔助冷卻器啟動的負荷條件；變壓器繞組溫度在上午9時為47.5 ℃(見圖2)，到14時已上升至51.1 ℃，到16時40分壓力釋放閥噴油時又快速上升到58.9 ℃，雖然繞組溫度一直呈上升趨勢，但也未達到輔助冷卻器啟動的溫度條件。所以故障發(fā)生當天，#1主變一直維持2組冷卻器運行的狀態(tài)。17時15分，運行人員手動啟動兩組輔助冷卻器，此時#1主變共4組冷卻器運行，繞組溫度和油溫開始明顯下降(見圖3)。此后該變壓器一直保持4組冷卻器運行的狀態(tài)，直至調(diào)停檢修壓力釋放閥未再次發(fā)生異常噴油的異常。6)停機后打開壓力釋放閥防雨罩檢查發(fā)現(xiàn)，動作指示桿彈出約50 %的長度(見圖4)，表明壓力釋放閥確已開啟，但噴油瞬間發(fā)變組保護裝置未采集到壓力釋放保護信號。從省電科院對壓力釋放閥的檢測結(jié)果來看，該壓力釋放閥的時效開啟壓力(見表1)、開啟壓力(見表2)均低于標準要求。

圖2 故障前變壓器溫度參數(shù)

圖3 故障后變壓器溫度參數(shù)

圖4 故障后動作指示桿狀態(tài)

表1 時效開啟壓力測試結(jié)果

標準規(guī)定值70±5 kPa實測值63.1 kPa

結(jié)合當天發(fā)電機負荷及變壓器溫度情況綜合判斷，造成此次異常的主要原因是變壓器在連續(xù)較高負荷下運行，因為冷卻器啟動邏輯的限制使得變壓器未得到有效冷卻，導致油溫異常升高引起內(nèi)部壓力增大，加之壓力釋放閥開啟壓力較低，引起壓力釋放閥異常開啟。因變壓器冷卻不良造成的絕緣油膨脹不同于因變壓器內(nèi)部發(fā)生短路等故障引發(fā)的絕緣油分解，即不會出現(xiàn)可燃性氣體急劇增多、油流迅速加快的現(xiàn)象，因此變壓器輕、重瓦斯保護并未報警和動作。由于壓力釋放閥開啟壓力較低，所以在變壓器內(nèi)部壓力尚未達到較高水平時壓力釋放閥就開啟泄壓，這就造成了壓力釋放閥動作幅度小、開啟時間短，所以僅有少量絕緣油噴出且壓力釋放報警開關(guān)并未接通、保護未發(fā)信，壓力釋放閥動作指示桿僅有部分彈出也印證了這一點。

3 預(yù)防措施

在迎峰度冬和迎峰度夏時段，電力變壓器經(jīng)常處于高負荷運行狀態(tài)，這就對設(shè)備的預(yù)防性檢修和巡視監(jiān)控提出了更高的要求。基于對該起220 kV油浸式變壓器壓力釋放閥異常動作故障原因的深入分析，為防止類似故障發(fā)生，可以采取以下有針對性的防范措施。一是要定期開展壓力釋放閥的校驗工作。根據(jù)規(guī)程要求在變壓器大修時對壓力釋放閥進行校驗，及時更換不合格的壓力釋放閥，確保其各項性能指標符合規(guī)范要求，在變壓器內(nèi)部故障發(fā)生時能夠可靠動作。二是要做好變壓器呼吸系統(tǒng)的維護、檢查，確保呼吸通暢，可以通過檢查呼吸器底部油杯是否有氣泡冒出來判斷呼吸系統(tǒng)工作情況及變壓器內(nèi)部壓力。三是要提高巡視質(zhì)量，特別要注意高溫季節(jié)和高負荷時段的巡視，結(jié)合紅外成像檢查、溫度-油位曲線對比等手段，判斷變壓器油溫、油位

是否在正常范圍內(nèi)，冷卻系統(tǒng)是否運行正常。對于溫度偏高的設(shè)備要及時投運冷卻裝置降溫。四是合理設(shè)置變壓器冷卻裝置的自啟動條件，盡量保證覆蓋各種極端運行工況。五是為油浸式變壓器安裝變壓器油色譜在線分析裝置，實時監(jiān)控變壓器油質(zhì)。當變壓器異常發(fā)生時通過分析變壓器油中可燃氣體的成分、含量來判斷故障類型，為事故處理提供及時可靠的數(shù)據(jù)支撐。六是在發(fā)生異常后要根據(jù)異?，F(xiàn)象和相關(guān)檢測結(jié)果綜合分析異常原因，在確保安全的前提下盡量不要盲目停運重要設(shè)備、系統(tǒng)，防止造成更大的損失。

4 結(jié)語

壓力釋放閥作為油浸式變壓器發(fā)生內(nèi)部電氣重故障時防止因油分解產(chǎn)生大量氣體而引起超壓的一種保護裝置得到了廣泛應(yīng)用。但當壓力釋放閥本身出現(xiàn)動作值偏低等問題后可能會在變壓器未發(fā)生內(nèi)部故障時異常動作而造成設(shè)備可靠性降低。通過對典型案例的分析，提出了相應(yīng)的解決方案和預(yù)防措施，對同類型變壓器類似故障的判斷和處理具有一定的參考價值。