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摘 要：对某220kV变压器有载重瓦斯保护动作跳闸原因进行事故分析和理论计算及模拟试验，指出呼吸器硅胶受潮冻结是事故的主要原因，同时提出针对性防范措施，避免类似事故的发生。
关键词：硅胶;冻结;跳闸;重瓦斯保护;气体状态方程
0 引言
2015年03月04日下午，某220kV变电站#1主变有载重瓦斯保护动作出口，跳开主变各侧开关，本文通过对此次事故原因的分析，指出对变压器硅胶的选型和冬季低温期间的维护工作应给予高度重视。
1 故障变压器检查及试验
1.1 变压器外观检查 事故发生后，检查故障主变本体油位、有载分接开关油枕油位正常;主变本体无渗漏油现象，变压器本体及有载开关压力释放未动作;有载开关油流继电器中无气体;将有载开关瓦斯继电器进行解体检查，内部各元件均动作正确、可靠。将有载分接开关吊出检查，各部未见异常。对有载重瓦斯保护装置及二次回路检查均无异常。
1.2 电气试验结果 对故障主变的有载分接开关油进行油色谱分析结果为：乙炔含量为0.11μL/L、总烃21ppm;开关油耐压46.6kV，可以确认开关内部无放电或过热故障。
1.3 保护装置检查及报文分析 查看主变非电量保护装置，发现故障发生时保护装置连续三次采集到有载重瓦斯开入变位。由于有载重瓦斯首次动作跳闸后，变压器就已经停电，所以继电器接点之后不应再次接通。如果能够多次导通，则肯定是流经瓦斯继电器的油流持续保持且大于动作值，致使挡板往复抖动，接点断续接通。综上所述，基本可以排除有载分接开关内部故障和瓦斯继电器误动的可能。
2 故障分析
2.1 事故原因分析 通过进一步检查，发现故障变压器的有载分接开关小油枕呼吸器内硅胶已经完全变色潮解，且所选用的硅胶颗粒较小（规格小于2mm）。查阅故障前后当地气象资料，发现事故发生时环境最高温度为6℃，而此前夜间最低温度为-10℃。据此推测由于有载分接开关呼吸器硅胶已经严重潮解，所含水分较多，且故障前夜间最低温度达到-10℃，远低于结冰温度，必然导致硅胶所含水分结冰。又因选用的硅胶颗粒较小，导致整个呼吸器因硅胶结冰而完全堵塞，有载分接开关无法呼吸，小油枕就成为一个内充气体的密闭性容器。白天在变压器负荷的增加和环境温度升高的共同作用下，有载分接开关内油温逐渐升高，油枕内油（气）压力也逐渐增大。至事发当日下午14时至16时气温达到+6℃为近期最高温度，小油枕内压力也随之达到最大值。此时结冰的呼吸器也在逐渐融化，当小油枕气体压力冲破呼吸器的堵塞时，小油枕内气压迅速释放，开关油向小油枕方向快速涌动冲击继电器挡板，造成重瓦斯动作跳闸。
2.2 理论计算 为验证前文的故障分析，进行了相关理论计算。具体验证计算过程如下：变压器故障前，由于有载分接开关吸湿器结冰堵塞，小油枕停止呼吸形成密闭容器，可认为有载分接开关小油枕体积V不变。根据理想气体状态方程：pV=nRT（方程中p为理想气体压强，单位Pa;V为气体体积，单位m3; n为气体的物质的量;R为摩尔气体常量，单位mol;T为体系温度，单位K），即压力×体积=摩尔质量×温度。同时，因V、n、R均不变，则压力P仅与温度T有关，即当体积一定的话，压强与温度成正比。则
变压器故障前：
P1=nRT1/V，
并且P1等于1个大气压;
变压器故障时：
P2=nRT2/V，
则P2/P1=T2/T1。
已知故障前外界最低温度-10℃，
则T1=273.15-10=263.15;
故障时外界温度6℃，则
T2=273.15+6=279.15;
由此可以得出
P2=P1T2/T1=279.15/263.15=1.071kPa。
即当有载呼吸器因结冰完全堵塞后，在当天最高温度时，油枕内压力也达到最大，其值为1.071kPa。
3 验证试验
3.1 模拟试验 为了验证事故分析和理论计算的结果，对有载分接开关呼吸回路进行了模拟试验。先用封堵物将有载分接开关的呼吸管堵住模拟呼吸器结冰堵塞，此时在常压下变压器有载分接开关小油枕油位指示为2.5，然后向小油枕内注油，当小油枕油位指示上升至5时，仪器测得油枕内压力为1.07 kPa。此时将呼吸管的封堵物迅速取下，变压器的继电保护装置显示有载重瓦斯保护动作出口。
3.2 试验结论 以上试验先后共进行了5次，有载重瓦斯保护均全部动作，而且其中有3次瓦斯继电器的接点连续动作超过两次。模拟试验结果与事故分析和理论计算结果完全吻合。
4 结束语
此次变压器有载重瓦斯保护动作事故跳闸的原因是有载分接开关呼吸器硅胶潮解结冰后，造成小油枕呼吸完全堵塞。当油温升高时，小油枕内气（油）压力增大，同时呼吸器内结冰的硅胶逐渐融化，当小油枕压力冲破结冰的硅胶，气体压力突然释放，开关中的绝缘油向小油枕迅速涌动致使有载分接开关瓦斯继电器动作。在绝缘油涌动过程中，继电器挡板有时不能迅速复归，存在往复波动现象，导致瓦斯继电器接点多次接通，这也是故障发生时保护装置多次采集到有载重瓦斯开入变位的原因。
作为变压器辅助设备的呼吸器及其内部硅胶，其主要作用是在温度变化时调节变压器的油位和吸附空气中的水分，但由于对其维护工作不重视，竟导致一台220kV的变压器故障跳闸。从此次事故中我们应吸取以下教训：①对运行中潮解超过2/3或粉末较多的硅胶，应及时给予更换（尤其在冬季低温期间），避免结冰堵塞呼吸器。②硅胶在选型时应选用颗粒规格大于3mm的硅胶。③现管理模式下变电站基本为无人值守定期巡视，为了避免类似事故的发生，在冬季低温期间应对变压器缩短巡视周期，以便及时消除类似隐患。
作者简介：孙德洲（1976-），男，辽宁大连庄河人，助理工程师，变电运维高级技师，本科，现任大连供电公司运维检修部庄河运维班专责工程师，研究方向：变电站设备异常处理及事故原因分析。
关键词：硅胶;冻结;跳闸;重瓦斯保护;气体状态方程
0 引言
2015年03月04日下午，某220kV变电站#1主变有载重瓦斯保护动作出口，跳开主变各侧开关，本文通过对此次事故原因的分析，指出对变压器硅胶的选型和冬季低温期间的维护工作应给予高度重视。
1 故障变压器检查及试验
1.1 变压器外观检查 事故发生后，检查故障主变本体油位、有载分接开关油枕油位正常;主变本体无渗漏油现象，变压器本体及有载开关压力释放未动作;有载开关油流继电器中无气体;将有载开关瓦斯继电器进行解体检查，内部各元件均动作正确、可靠。将有载分接开关吊出检查，各部未见异常。对有载重瓦斯保护装置及二次回路检查均无异常。
1.2 电气试验结果 对故障主变的有载分接开关油进行油色谱分析结果为：乙炔含量为0.11μL/L、总烃21ppm;开关油耐压46.6kV，可以确认开关内部无放电或过热故障。
1.3 保护装置检查及报文分析 查看主变非电量保护装置，发现故障发生时保护装置连续三次采集到有载重瓦斯开入变位。由于有载重瓦斯首次动作跳闸后，变压器就已经停电，所以继电器接点之后不应再次接通。如果能够多次导通，则肯定是流经瓦斯继电器的油流持续保持且大于动作值，致使挡板往复抖动，接点断续接通。综上所述，基本可以排除有载分接开关内部故障和瓦斯继电器误动的可能。
2 故障分析
2.1 事故原因分析 通过进一步检查，发现故障变压器的有载分接开关小油枕呼吸器内硅胶已经完全变色潮解，且所选用的硅胶颗粒较小（规格小于2mm）。查阅故障前后当地气象资料，发现事故发生时环境最高温度为6℃，而此前夜间最低温度为-10℃。据此推测由于有载分接开关呼吸器硅胶已经严重潮解，所含水分较多，且故障前夜间最低温度达到-10℃，远低于结冰温度，必然导致硅胶所含水分结冰。又因选用的硅胶颗粒较小，导致整个呼吸器因硅胶结冰而完全堵塞，有载分接开关无法呼吸，小油枕就成为一个内充气体的密闭性容器。白天在变压器负荷的增加和环境温度升高的共同作用下，有载分接开关内油温逐渐升高，油枕内油（气）压力也逐渐增大。至事发当日下午14时至16时气温达到+6℃为近期最高温度，小油枕内压力也随之达到最大值。此时结冰的呼吸器也在逐渐融化，当小油枕气体压力冲破呼吸器的堵塞时，小油枕内气压迅速释放，开关油向小油枕方向快速涌动冲击继电器挡板，造成重瓦斯动作跳闸。
2.2 理论计算 为验证前文的故障分析，进行了相关理论计算。具体验证计算过程如下：变压器故障前，由于有载分接开关吸湿器结冰堵塞，小油枕停止呼吸形成密闭容器，可认为有载分接开关小油枕体积V不变。根据理想气体状态方程：pV=nRT（方程中p为理想气体压强，单位Pa;V为气体体积，单位m3; n为气体的物质的量;R为摩尔气体常量，单位mol;T为体系温度，单位K），即压力×体积=摩尔质量×温度。同时，因V、n、R均不变，则压力P仅与温度T有关，即当体积一定的话，压强与温度成正比。则
变压器故障前：
P1=nRT1/V，
并且P1等于1个大气压;
变压器故障时：
P2=nRT2/V，
则P2/P1=T2/T1。
已知故障前外界最低温度-10℃，
则T1=273.15-10=263.15;
故障时外界温度6℃，则
T2=273.15+6=279.15;
由此可以得出
P2=P1T2/T1=279.15/263.15=1.071kPa。
即当有载呼吸器因结冰完全堵塞后，在当天最高温度时，油枕内压力也达到最大，其值为1.071kPa。
3 验证试验
3.1 模拟试验 为了验证事故分析和理论计算的结果，对有载分接开关呼吸回路进行了模拟试验。先用封堵物将有载分接开关的呼吸管堵住模拟呼吸器结冰堵塞，此时在常压下变压器有载分接开关小油枕油位指示为2.5，然后向小油枕内注油，当小油枕油位指示上升至5时，仪器测得油枕内压力为1.07 kPa。此时将呼吸管的封堵物迅速取下，变压器的继电保护装置显示有载重瓦斯保护动作出口。
3.2 试验结论 以上试验先后共进行了5次，有载重瓦斯保护均全部动作，而且其中有3次瓦斯继电器的接点连续动作超过两次。模拟试验结果与事故分析和理论计算结果完全吻合。
4 结束语
此次变压器有载重瓦斯保护动作事故跳闸的原因是有载分接开关呼吸器硅胶潮解结冰后，造成小油枕呼吸完全堵塞。当油温升高时，小油枕内气（油）压力增大，同时呼吸器内结冰的硅胶逐渐融化，当小油枕压力冲破结冰的硅胶，气体压力突然释放，开关中的绝缘油向小油枕迅速涌动致使有载分接开关瓦斯继电器动作。在绝缘油涌动过程中，继电器挡板有时不能迅速复归，存在往复波动现象，导致瓦斯继电器接点多次接通，这也是故障发生时保护装置多次采集到有载重瓦斯开入变位的原因。
作为变压器辅助设备的呼吸器及其内部硅胶，其主要作用是在温度变化时调节变压器的油位和吸附空气中的水分，但由于对其维护工作不重视，竟导致一台220kV的变压器故障跳闸。从此次事故中我们应吸取以下教训：①对运行中潮解超过2/3或粉末较多的硅胶，应及时给予更换（尤其在冬季低温期间），避免结冰堵塞呼吸器。②硅胶在选型时应选用颗粒规格大于3mm的硅胶。③现管理模式下变电站基本为无人值守定期巡视，为了避免类似事故的发生，在冬季低温期间应对变压器缩短巡视周期，以便及时消除类似隐患。
作者简介：孙德洲（1976-），男，辽宁大连庄河人，助理工程师，变电运维高级技师，本科，现任大连供电公司运维检修部庄河运维班专责工程师，研究方向：变电站设备异常处理及事故原因分析。