詹广振

(郑州铁路局 郑州供电段,河南郑州450005)

1 主变压器重瓦斯保护动作统计

郑州供电段位于全国路网的中心,担负着京广、陇海、京九、新月、新荷、太焦等线的牵引供电任务。全段共有牵引变电所23个,牵引变压器46台,总容量为2×854.5 MVA,年牵引供电量为1 505.5 MkWh;自1991年到2010年20年间,郑州供电段主变压器重瓦斯保护动作18次,造成4台主变压器绝缘击穿报废,6台返厂大修,在这18件事故中,按故障变压器的接线组别分,△/Y-11变压器(其中两台为日本进口)11台,斯科特接线变压器(法国进口)1台,三相-二相阻抗匹配平衡变压器3台,三相V/V变压器占2台;按投运年限分,1980年投运的1台,1985年投运的3台,1986年投运的2台,1992年投运的1台,1995年投运的2台,1997年投运的4台,1998年投运的2台,2006年投运的1台,2009年投运的1台。按重瓦斯保护动作原因统计,如表1。

表1 重瓦斯保护动作原因

在主变压器绝缘不良引起的重瓦斯保护中,运行时间长,内部绝缘老化2件;雷雨天气,变压器油枕胶囊处密封不严,雨水混入绝缘油中,变压器线圈、绝缘材料受潮1件;运行7年,多次承受短路电流冲击2件;运行1年,承受200次短路电流冲击(其中近距离冲击17次)1件;扩能改造投入运行一个月1件。7起事故造成主变压器线圈严重变形损坏、绝缘击穿报废3台;主变压器返厂大修4台(其中2台日本进口变压器,1台法国进口变压器)。累计造成全所停电时间90 min。

在保护二次回路引起的重瓦斯保护中,雷雨天气造成瓦斯继电器接线盒内积水3件;雷雨天气,变压器油枕胶囊处密封不严,雨水混入绝缘油中,短接瓦斯继电器内部接线1件;恶劣天气,潮气由电缆孔进入,冷凝成水珠,直流接地1件;变压器带电,不能正常检修,渗油腐蚀保护引线1起。6起事故累计造成全变电所停电时间97 min。

在大气、谐振过电压引起的重瓦斯保护中,雷雨天气大气过电压2件;主变27.5 kV侧处于热备用状态的真空断路器真空度下降,放电击穿,反送电至主变,冲击励磁电流与电容电流产生谐振(B相5台避雷器均动作1次)1件;3起事故造成主变压器绝缘击穿报废1台,现场大修1台,返厂大修1台。累计造成全变电所停电49 min。

检修质量引起的重瓦斯保护,主要是重瓦斯掉牌继电器存在质量问题,在复归操作时,外观看已复归,实际并未复归,卡在动作脱扣状态。由于振动掉牌自行下落,造成重瓦斯误掉牌,但没有造成断路器跳闸。

检修人员责任心引起的重瓦斯保护,主要是检修人员从主变压器本体下部放油阀处放100 kg油,用于充油设备补油,由于呼吸器油封拧紧,变压器本体内部形成负压力,当主变压器投入运行时,振动使油中逸出的气体向负压区流动,导致瓦斯继电器动作,主变压器1、2次断路器未跳闸,信号能复归。但在进行110 kV回路倒切时,累计造成全变电所停电7 min。

2 防止主变压器重瓦斯保护动作的对策

2.1 主变压器内部故障引起的重瓦斯保护动作

主要是由于接触网露天布置,没有备用,运行环境恶劣,牵引负荷又是移动变化负荷,接触网发生短路故障几率较高,而每次短路均会产生巨大的电动力,特别是主变压器出口或近距离短路故障,所产生电动力更大(是正常运行时的数十倍至数百倍),并使绕组急剧发热。在较高的温度下,绕组的机械强度、性能下降。经过这样多次冲击后,将会造成主变压器绕组的尺寸或形状发生不可逆的变化。

运行经验表明,变压器一旦发生绕组变形,将导致累积效应,甚至出现恶性循环。且变压器在发生该类事故前,常规的预防性试验项目合格,变压器油的色谱分析符合规程规定。因此,对于绕组已经变形但仍在运行的变压器,虽然并不意味着会立即发生绝缘击穿事故,但根据绕组变形情况不同,当再次遭受并不大的过电流或过电压,甚至在正常运行的铁磁振动作用下,也可能导致绝缘击穿事故,这就是所谓的变压器在运行中发生的“雷击”或“突发”事故。在此类事故中,很可能就隐藏着绕组变形的因素。因此,限制短路电流对主变压器的冲击,是防止主变压器发生故障引起重瓦斯保护动作的有效措施。

(1)在牵引变电所馈线上安装高压线路故障判断装置

该装置广泛的应用在牵引变电所中,能准确判断高压线路上发生的永久性或瞬时性故障性质,对故障线路实行选择性重合闸,在永久性故障时可避免不必要地向故障线路强送电。它通过大阻值的限流器(阻值5 050±10%),能成功的将短路电流限制在5 A以内,这样就有效减少接触网短路,特别是近端短路故障电流对主变压器的冲击,避免事故范围的扩大,非常有效地改善了主变压器的运行环境。

对于目前尚未安装高压线路故障判断装置的牵引变电所,当变电所发生近点短路故障(故障指标指示在3 km范围内),且自动重合失败后,若跳闸区段供电臂末端有分区所(亭)并联断路器,应用同方向另一供电臂通过分区所(亭)的并联断路器向故障供电臂试送电,不得用故障供电臂上的变电所断路器强(试)送电,以减小短路电流对主变压器的冲击。

(2)采用新技术,快速切断流过变压器的故障电流

采用牵引变电所综合自动化系统,在满足与下一级保护配合的情况下,调整变压器后备保护、变电所馈线保护动作时限,使之保护动作时限越短越好,以减小对主变压器的冲击。

(3)严格按有关规程、标准、工艺要求,对设备精检细修

严格按照DL/T 596-1996《电力设备预防性试验规程》的要求,对设备精检细修。同时,为了及时发现主变压器铁芯以及线圈的纵绝缘缺陷,增加测量空载电流及空载损耗等试验。试验不一定每年都要进行。

2.2 保护2次回路引起的重瓦斯保护动作

对于保护2次回路故障引起的重瓦斯保护动作,应注意以下3点:

(1)瓦斯继电器(压力释放阀)引出线和控制电缆,应采取有效的措施,防止变压器油对橡胶绝缘的腐蚀作用造成的瓦斯保护动作。

(2)忽视瓦斯继电器端子盒、瓦斯保护二次回路的防雨,雨水进入瓦斯继电器端子盒(箱),造成瓦斯继电器接点短接而动作。

(3)加强对主变压器油枕胶囊处的密封检查,并采取必要的防雨水措施。

3 防止主变压器重瓦斯保护动作的建议

(1)加强对变压器的研究,提高其抗短路电流的能力

变压器生产厂家要结合电气化铁道运行的特殊性,从解决变压器能够耐受短路的能力入手,加强变压器技术设计、制造安装、生产工艺等环节的研究和产品的质量验收,不断采用新技术、新材料、新工艺,提高主变压器运行的可靠性。

(2)加强主变压器绕组变形监测

目前,电力系统开展的变压器绕组变形测试技术,对变压器受到短路电流冲击后,绕组是否发生明显变形,能否继续运行提供了重要的依据。对于那些承受短路电流冲击次数较多的变压器,进行绕组变形试验,能及时发现变压器绕组存在的缺陷,并进行吊罩检查整修,能有效地防止主变压器重瓦斯保护事故的发生。

(3)大力开展主变压器故障的红外诊断技术

随着现代红外技术不断成熟和日趋完善,利用红外检测的远距离、不接触、准确、实时、快速等特点发展起来的电力设备状态红外检测技术,能够在不停电、不取样、不解体的情况下,快速实时地在线监测和诊断变压器的许多潜在性故障,备受国内外电力行业的重视,并得到快速发展。这为预防主变压器事故的发生,提供了又一种先进检测与故障诊断方法。

(4)对牵引变电所进行技术改造

①采用先进的牵引变电所综合自动化系统,在满足保护配合的情况下,缩短保护动作时限,减小电动力对主变压器绕组的破坏。

②在馈线上安装高压线路故障判断装置,改善主变压器运行环境。

对于主变压器绕组变形监测和主变压器故障的红外诊断技术的开展,建议铁路部门借鉴电力系统的成熟经验,制定相应的规程,规定其试验方法、技术要求、技术标准等,指导现场生产需要。

[1] 何其光,陈蓉平.电力及牵引变电所试验[M].北京:中国铁道出版社,1994.

[2] DL/T 596-1996.电力设备预防性试验规程[S].北京:中国电力出版社,1996.

[3] 陈化钢,张开贤,等.电力设备异常运行及事故处理[M].北京:中国水利水电出版社,1999.

[4] 陈 衡,侯善敬.电力设备故障红外诊断[M].北京:中国电力出版社,1999.