一起油浸式变压器压力释放阀喷油原因与预防

戴 蔚

(淮河能源顾桥电厂，安徽 淮南 232001)

压力释放阀是油浸式变压器的安全保护装置。当变压器内部发生电气故障时，变压器油在高温下分解出大量可燃性气体，使油箱内部压力突然增大。由于变压器绝缘油具有不可压缩性的特性，若不能及时释放巨大的内部压力，则有可能造成变压器油箱变形甚至破裂，导致绝缘油喷洒，酿成火灾。压力释放阀在这种情况下能够迅速动作，排出故障产生的高压气体和绝缘油，以降低油箱所承受的压力，保证变压器的安全。当油箱内部压力降至正常值以后，压力释放阀能够可靠关闭，防止外部水和空气进入油箱污染油质。带有机械动作指示标志的压力释放阀(见图1)开启后，动作指示杆能够明显动作并在阀门关闭后依然保持在开启后的位置，便于观察阀门动作情况。

图1 压力释放阀结构图

1 故障经过及处理

2018年11月12日，某电厂运行人员巡检发现#1主变油池中有少量喷射状油迹，主变#1压力释放阀防雨罩排油口有少量余油滴落，但该变压器压力释放保护、轻重瓦斯保护、差动保护均未报警和动作。由于该型变压器压力释放阀外部设计有防雨罩，故无法直接目视检查动作情况。检修人员检查变压器冷却器运行正常、油温、油位正常、呼吸系统无阻塞、继电保护装置正常，油色谱化验显示变压器油质合格，因此判断变压器未发生内部故障，怀疑此次异常喷油是由压力释放阀异常引起。时值迎峰度冬期间，为保障电网稳定，经电厂技术人员、变压器厂家技术人员和省电科院专家综合研判决定继续运行该变压器，同时加强变压器温度控制和设备巡视。2019年2月5日，#1机组春节调停检修，变压器厂家到厂更换了#1主变#1压力释放阀，并将旧阀门送省电科院检测，结果显示该压力释放阀时效开启压力和开启压力等性能指标均不符合相关标准(JB/T 7065-2015《变压器用压力释放阀》)要求。

2 原因分析

该电厂#1主变型号SFP-400000/220，为天威保变(合肥)变压器有限公司生产的户外三相双绕组无载调压、强迫油循环风冷变压器。在变压器背面顶端的左右两侧各装有一个压力释放阀，释放阀喷油有效口径为130mm。喷油故障发生后，经技术人员检查发现：1)虽然压力释放阀动作，但喷油量非常少，油箱油位未发现明显变化；主变轻、重瓦斯保护，差动保护均未动作；变压器油色谱化验结果正常；从这些情况可以判断变压器没有发生内部故障。2)变压器呼吸系统运行正常、呼吸器可以正常排气，因此排除了因呼吸系统堵塞的可能。3)变压器油系统各阀门均在正常工作位置位，油路通畅，可以排除油循环异常的可能。4)运行后台数据显示，故障当日#1主变最大负荷约277 MVA，而变压器额定容量为400 MVA，因此可以排除变压器重载运行引发此次异常。5)主变共有5组冷却器，每组冷却器配有1台油泵和3台风扇。冷却器运行方式为“2运2辅1备”即变压器投运后的基本工作方式为2组冷却器运行；当变压器绕组温度达到65 ℃或发电机负荷达到280 MW时2组辅助冷却器自动启动；1组备用冷却器需要运行人员根据实际需要手动投运。2018年11月12日上午9点开始至故障发生时，#1发电机负荷一直维持在275 MW左右，始终未达到辅助冷却器启动的负荷条件；变压器绕组温度在上午9时为47.5 ℃(见图2)，到14时已上升至51.1 ℃，到16时40分压力释放阀喷油时又快速上升到58.9 ℃，虽然绕组温度一直呈上升趋势，但也未达到辅助冷却器启动的温度条件。所以故障发生当天，#1主变一直维持2组冷却器运行的状态。17时15分，运行人员手动启动两组辅助冷却器，此时#1主变共4组冷却器运行，绕组温度和油温开始明显下降(见图3)。此后该变压器一直保持4组冷却器运行的状态，直至调停检修压力释放阀未再次发生异常喷油的异常。6)停机后打开压力释放阀防雨罩检查发现，动作指示杆弹出约50 %的长度(见图4)，表明压力释放阀确已开启，但喷油瞬间发变组保护装置未采集到压力释放保护信号。从省电科院对压力释放阀的检测结果来看，该压力释放阀的时效开启压力(见表1)、开启压力(见表2)均低于标准要求。

图2 故障前变压器温度参数

图3 故障后变压器温度参数

图4 故障后动作指示杆状态

表1 时效开启压力测试结果

标准规定值70±5 kPa实测值63.1 kPa

结合当天发电机负荷及变压器温度情况综合判断，造成此次异常的主要原因是变压器在连续较高负荷下运行，因为冷却器启动逻辑的限制使得变压器未得到有效冷却，导致油温异常升高引起内部压力增大，加之压力释放阀开启压力较低，引起压力释放阀异常开启。因变压器冷却不良造成的绝缘油膨胀不同于因变压器内部发生短路等故障引发的绝缘油分解，即不会出现可燃性气体急剧增多、油流迅速加快的现象，因此变压器轻、重瓦斯保护并未报警和动作。由于压力释放阀开启压力较低，所以在变压器内部压力尚未达到较高水平时压力释放阀就开启泄压，这就造成了压力释放阀动作幅度小、开启时间短，所以仅有少量绝缘油喷出且压力释放报警开关并未接通、保护未发信，压力释放阀动作指示杆仅有部分弹出也印证了这一点。

3 预防措施

在迎峰度冬和迎峰度夏时段，电力变压器经常处于高负荷运行状态，这就对设备的预防性检修和巡视监控提出了更高的要求。基于对该起220 kV油浸式变压器压力释放阀异常动作故障原因的深入分析，为防止类似故障发生，可以采取以下有针对性的防范措施。一是要定期开展压力释放阀的校验工作。根据规程要求在变压器大修时对压力释放阀进行校验，及时更换不合格的压力释放阀，确保其各项性能指标符合规范要求，在变压器内部故障发生时能够可靠动作。二是要做好变压器呼吸系统的维护、检查，确保呼吸通畅，可以通过检查呼吸器底部油杯是否有气泡冒出来判断呼吸系统工作情况及变压器内部压力。三是要提高巡视质量，特别要注意高温季节和高负荷时段的巡视，结合红外成像检查、温度-油位曲线对比等手段，判断变压器油温、油位

是否在正常范围内，冷却系统是否运行正常。对于温度偏高的设备要及时投运冷却装置降温。四是合理设置变压器冷却装置的自启动条件，尽量保证覆盖各种极端运行工况。五是为油浸式变压器安装变压器油色谱在线分析装置，实时监控变压器油质。当变压器异常发生时通过分析变压器油中可燃气体的成分、含量来判断故障类型，为事故处理提供及时可靠的数据支撑。六是在发生异常后要根据异常现象和相关检测结果综合分析异常原因，在确保安全的前提下尽量不要盲目停运重要设备、系统，防止造成更大的损失。

4 结语

压力释放阀作为油浸式变压器发生内部电气重故障时防止因油分解产生大量气体而引起超压的一种保护装置得到了广泛应用。但当压力释放阀本身出现动作值偏低等问题后可能会在变压器未发生内部故障时异常动作而造成设备可靠性降低。通过对典型案例的分析，提出了相应的解决方案和预防措施，对同类型变压器类似故障的判断和处理具有一定的参考价值。