秦建凡

(廣東省中山市體育場館管理中心設(shè)備部)

0 引言

本文主要分析論述了一臺運(yùn)行中的戶外油浸箱式變壓器真實(shí)發(fā)生的一次瞬變“故障”時(shí)出現(xiàn)的物理化學(xué)現(xiàn)象。整個(gè)過程≥0.5‰S，若非本人現(xiàn)場，我這個(gè)1981年中技機(jī)電專業(yè)畢業(yè)從事高低壓電氣設(shè)備安裝、調(diào)試、使用、維護(hù)近40年的內(nèi)行人都很難相信這事“真實(shí)發(fā)生過”！

1 現(xiàn)場描述

2019年1月的一天上午，天氣晴好，筆者所在廣東省中山體育館位置附近呈三角形布局同時(shí)運(yùn)行著4臺10kV變壓器及配套的高、低壓變配電設(shè)備。其中500kVA容量2臺，1600kVA容量1臺為樹脂澆注干式變壓器位于體育館建筑物內(nèi)，一臺200kVA油浸箱式變壓器在戶外。位于“有人值守公共廁所”后側(cè)。如下圖所示(距離我所在的維修工房直線距離約40m)。

突然一聲巨響，伴隨維修工房照明出現(xiàn)0.05-0.1s左右瞬間熄滅閃爍后恢復(fù)正常。當(dāng)時(shí)在維修廠房門口的我心里猛然一驚！心想：完了，肯定有電氣設(shè)備“炸”了(短路燒了)！便迅速趕到值班室查詢，值班電工反映沒有聽到“巨響”只感覺到燈光“暗了一下”經(jīng)過巡檢未發(fā)現(xiàn)高、低壓設(shè)備異常。此時(shí)，公共廁所的環(huán)衛(wèi)工人跑過來說：“變壓器冒煙了！好大一股煙”。聽到這話，我馬上想：戶外箱變“出了問題！”便迅速帶領(lǐng)維修電工趕往40m外的戶外箱變。奇怪的是在“變壓器”旁聽到的卻是變壓器正常工作的輕微低頻電流聲，便再次判斷：可能是“低壓輸出側(cè)的開關(guān)電器出了問題”。該變壓器低壓側(cè)電器包含一路HM3H-630-500A塑殼空氣斷路器，二路HM3H-400-315A塑殼空氣斷路器，6組20kvar補(bǔ)嘗電容及相關(guān)電器。當(dāng)打開箱門能看到殘留的煙霧冒出并伴有臭油氣味。停電檢查，低壓側(cè)所有電器正常，高壓側(cè)絕緣子、油封等均未出現(xiàn)燒壞損毀及滲油過弧現(xiàn)象。

2 事故發(fā)生原因探析

從該案例中發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題：一聲巨響-伴隨變壓器“冒煙”-運(yùn)行聲音正常-溫度正常-低壓側(cè)開關(guān)電器正常-高壓側(cè)外部器件正常。到底是哪里出了問題？難道是內(nèi)部熔斷器、繞組“故障”？鑒于此判斷，對變壓器進(jìn)行了除“預(yù)防性耐壓試驗(yàn)”外的全部常規(guī)檢查：(絕緣搖測、繞組直流電阻測量、吸收比檢測等)。檢測結(jié)果：高、低壓側(cè)各項(xiàng)指標(biāo)參數(shù)均正常，未發(fā)現(xiàn)影響使用的參數(shù)變化，隨后恢復(fù)通電運(yùn)行?，F(xiàn)在此變壓器已正常工作一年多。見下圖片：

這里有一個(gè)細(xì)節(jié)要交待：在筆者剛完成檢查恢復(fù)供電后接到了供電主管部門的電話，詢問我們的電氣設(shè)備運(yùn)行情況，經(jīng)了解得知：在同一時(shí)間同一10kV干線回路上的其他支線用戶中，供電部門進(jìn)行了檢修后的合閘送電操作。那這是不是我們不常接觸到的“變壓器瞬變現(xiàn)象呢”？

3 變壓器的瞬變現(xiàn)象

變壓器的瞬變現(xiàn)象一直以來都是設(shè)計(jì)人員最感興趣和樂于探討的問題。多年來對這個(gè)問題一直難以解釋。盡管在對變壓器進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)能夠提供一些引人深入探討的現(xiàn)象，但在試驗(yàn)過程中，對瞬變現(xiàn)象的模擬試驗(yàn)仍常會出現(xiàn)解釋不清的問題。如上面描述的現(xiàn)象瞬間在≥0.5‰S內(nèi)發(fā)生又結(jié)束，如若不是“一聲巨響”的物理現(xiàn)象和恰巧被人看見到“冒煙”的化學(xué)現(xiàn)象，誰又會去深入研究燈光“暗一下”的真正原因呢？特別是“巨響”和“冒煙”后未造成任何影響的情況下，更加難以捕捉到運(yùn)行中變壓器“瞬變現(xiàn)象”的發(fā)生。由此也解釋了變配電站倒送閘操作中經(jīng)常遇到的無故障無原因和一次性合閘操作不成功的現(xiàn)象。

4 變壓器瞬變現(xiàn)象產(chǎn)生的主要成因

變壓器瞬時(shí)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因歸納如下：

1.高壓和各種起因(包括合閘在內(nèi))的高頻電磁波的影響。

2.陡波前比減緩的系統(tǒng)瞬變操作過電壓。

3.操作涌流。

4.短路電流。

5.過載運(yùn)行。

由變壓器自身原因產(chǎn)生的瞬變主要由過載運(yùn)行造成，當(dāng)油浸式變壓器的內(nèi)部出現(xiàn)了過熱的狀況，或者發(fā)生放電故障時(shí)，其內(nèi)部油中所溶解的氣體及含量均會出現(xiàn)變化，油中所溶解氣體迅速膨脹就會發(fā)生瞬變，所以分析氣體運(yùn)行狀態(tài)也是分析瞬變現(xiàn)象的一種手段。然而，本文所述現(xiàn)象發(fā)生的時(shí)間段正值上午，變壓器的負(fù)荷≥10%，幾乎處于“空載”狀態(tài)，不存在過載。根據(jù)供電部門反饋的同一干線上的支線用戶在同一時(shí)間進(jìn)行了合閘送電操作信息及變壓器“巨響”、“冒煙”后“無癥狀”分析，此次現(xiàn)象屬于典型的操作涌流造成的瞬變現(xiàn)象。也或由多種原因同時(shí)作用造成。否則，無法解釋運(yùn)行中變壓器“巨響”、“冒煙”的物理化學(xué)現(xiàn)象。

5 變壓器瞬時(shí)現(xiàn)象分析

同一干線上的支線用戶檢修中存在帶負(fù)荷(低壓負(fù)荷開關(guān)未斷開)操作，或線纜間電容量大造成合閘高頻電磁波及操作涌流的可能性較大。從而造成了變壓器瞬變現(xiàn)象 的發(fā)生。由于變壓器的繞組浸在變壓器油中，瞬變現(xiàn)象產(chǎn)生的合閘沖擊電流及高頻電磁波像短路弧光一樣在內(nèi)部產(chǎn)生迅速被變壓器油消弧，在消弧過程中產(chǎn)生大量霧狀的白煙及氣體自變壓器的壓力釋放閥(爆出)。這就是一聲巨響及伴隨白煙的原因。由于瞬變產(chǎn)生結(jié)束的時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于繼電保護(hù)動作及熔斷器熔斷時(shí)間。所以未造成高壓斷路器“保護(hù)跳閘”和變壓器內(nèi)的熔斷器熔斷。這里的“白煙”實(shí)際上是變壓器油中的烴類物質(zhì)氫氣、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等受到急速的膨脹蒸發(fā)而表現(xiàn)出來的情景，以一團(tuán)“白煙”的形式出現(xiàn)。這也就是維修人員趕到現(xiàn)場聞到的是一種“油臭味”而非電器燒毀的特殊“焦臭”味。瞬變現(xiàn)象雖然不是常發(fā)現(xiàn)象，但對變壓器的傷害非常大，要盡量避免。

6 油浸式變壓器合閘涌流的估算

油浸式變壓器空載合閘涌流(即勵(lì)磁涌流)不大，一般不會超過3倍變壓器額定電流。因此，電流速斷保護(hù)動作電流一般按下式整定：

Idz=(3～5)Ie

式中Idz——電流速斷保護(hù)動作電流的整定值，A；

Ie——變壓器一次額定電流，A.

空載合閘涌流比額定電流高出3～5倍，我們平時(shí)在變壓器空載合閘時(shí)，常常會看到電流表所指示的初始沖擊電流(但這個(gè)電流會很快消失)將大大超過正常的空載電流，有時(shí)甚至大于變壓器正常的滿負(fù)載電流，咋看上去好像變壓器存在故障，其實(shí)不然，這主要是變壓器合閘瞬間出現(xiàn)的初始電流值，主要是由合閘點(diǎn)電壓波動決定的(這里對電壓的波動就不展開了)。

變壓器在某些不利條件下合閘，一次繞組可能出現(xiàn)非正常電流，但如果變壓器供給最大負(fù)載，即二次端子出現(xiàn)短路，一次和二次繞組便會通過比額定電流大許多的電流，這種瞬變合閘空載沖擊電流會帶給變壓器嚴(yán)重的損害。油浸式變壓器采用變壓器油進(jìn)行絕緣和散熱，變壓器油是石油的一種分餾產(chǎn)物，它的主要成分是烷烴、環(huán)烷族飽和烴、芳香族不飽和烴等化合物。變壓器在日常運(yùn)行中，變壓器油可能分解產(chǎn)生氣體，其產(chǎn)生氣體的成分和含量，可以反映變壓器絕緣老化程度和變壓器內(nèi)部故障情況，因此大中型變壓器往往設(shè)有對變壓器油中的氣體進(jìn)行監(jiān)測分析系統(tǒng)。

7 解決措施和方法

1.高壓線路檢修停、送電操作應(yīng)盡量避免帶負(fù)荷。特別是線路較長(線間電容較大)時(shí)。

2.繼電保護(hù)參數(shù)要定期檢測，發(fā)現(xiàn)偏離要及時(shí)調(diào)整。

3.定期對變壓器進(jìn)行規(guī)范性測試及保養(yǎng)。

4.變壓器長時(shí)間運(yùn)行后應(yīng)定期對變壓器進(jìn)行人工取油樣，送至專業(yè)檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行油樣化驗(yàn)。

變壓器油在經(jīng)過電弧放電后會導(dǎo)致乙烯、乙炔等烴類物質(zhì)大量增加，直觀上表現(xiàn)為比水蒸氣更濃的白霧狀氣體。下表給出變壓器油電弧放電前后各類氣體變化的油色譜參考值，可惜的是沒有這臺變壓器發(fā) 瞬變現(xiàn)象前的油色譜試驗(yàn)原史值，無法作數(shù)據(jù)對比。下表是常用變壓器油經(jīng)過電弧放電前后油色譜試驗(yàn)值對比表(僅供參考)

對比表中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，烴類產(chǎn)物產(chǎn)量較大，尤其是乙烯和乙炔。根據(jù)DL/T722-2014。《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》。研究氣體狀態(tài)可以判斷瞬變產(chǎn)生的原因。

8 結(jié)束語

隨著社會的發(fā)展，國力的增強(qiáng)，人民追求美好生活的愿望越來越強(qiáng)，水、電、氣的安全保障是必須的前提。國家電力的不斷發(fā)展，對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性要求也就越高，一個(gè)安全穩(wěn)定的電力電網(wǎng)會為國家為社會為企業(yè)創(chuàng)造出更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。因此，高質(zhì)量的電力電網(wǎng)系統(tǒng)是每一個(gè)電力人不懈的追求。