变压器事故油池容积可利用率研究与提升

公 伟 ，王 宁

（1.华能临沂发电有限公司，山东 临沂 276016;2.华能威海发电有限责任公司，山东 威海 264205）

事故油池是变压器等充油电气设备发生泄油事故时收纳事故油的基础设施[1]。项目组对分管的7座发电厂变电站事故油池运维状况进行调查，统计汇总后发现5 座发电厂变电站的事故油池中均不同程度的存在积水未及时抽排的现象，积水占用了事故油池的部分容积，降低了事故油池收纳变压器事故油的能力，减小了事故油池的容积可利用率；积水中的油污一旦随积水排向外部，将造成环境污染。因此，在确保环保要求的前提下，须要提高事故油池容积可利用率[2]。

1 事故油池容积可利用率现状调查

现场调查可知，当前变电站事故油池中平均积水深度达0.405 m，事故油池平均容积可利用率仅为72.8%，与不小于95.24%的事故油池容积可利用率理论值差距较大[3]。

对事故油池中的积水进行精准油水分离控制，在满足环保规定的前提下确保事故油池中的水分能抽排干净[4]，即可持续保证分管变电站事故油池的平均容积可利用率达到

72.8%+(1-72.8%)×96.6%=99.08%。

因此，当前情况下事故油池的容积可利用率具有很大的提升空间。

2 影响事故油池容积可利用率的因素

对事故油池容积可利用率偏低的现状从人、机、料、法、环等多个方向进行原因分析归纳后绘制出如图1 所示的树状图。

图1 原因分析树状图

经过逐条分析，确认出限制变压器事故油池容积可利用率提升的2 条要因：

排水装置安装高度与事故油池底面存在高度差；不能自动控制排水装置启动。

3 对策实施

3.1 针对“排水装置安装高度与事故油池底面存在高度差”采取对策

对策：根据排水装置尺寸规格设计事故油池排水装置安装坑，并报送公司设计部门审核通过；根据审核通过的设计方案在事故油池中修造排水装置安装坑。

目标：实现对水位低于排水装置安装高度与事故油池底面间高度差的水分排出率：

P1=(1-S/T)×100%=100%。

式中：S为剩余水分深度；T为排水装置安装高度与事故油池底面间高度差。

具体实施过程：

为确定事故油池排水装置安装坑的设计尺寸，对所分管 27 座变电站配置的事故油池排水泵外尺寸进行了调查统计。结果显示，全部 27 座变电站的变压器事故油池均采用统一购置的型号为PD-180E的潜水泵，规格为 150 mm×175 mm×210 mm，事故油池排水装置安装坑的设计尺寸为 180 mm×200 mm×200 mm。

对效果进行检验。为便捷验证研究课题的实施效果，根据公司设计部门审核通过的变压器事故油池排水装置安装坑设计方案，按照 1∶5 的比例搭建出修造后的变压器事故油池模型，并采购排水装置功能样机进行组装，对实施效果进行仿真检验。

利用该事故油池仿真模型，将所购置的排水装置功能样机安装在其中的排水装置安装坑中（如图 2 所示），并向该仿真模型中注入一定量的自来水，随后开启排水装置功能样机模拟变压器事故油池排水工作。当排水装置开始排空时立即关停排水装置功能样机。

图2 带有排水装置安装坑的变压器事故油池仿真模型

每次注入自来水后测量排水装置功能样机安装高度与仿真模型容器底面之间的高度差，并在关停排水装置功能样机后测量事故油池仿真模型容器中的剩余自来水深度，根据剩余自来水深度与前述高度差计算出相应的实施目标值 P，连续 50 次模拟试验的结果表 1 所示。

表1 事故油池排水装置安装坑实施效果仿真试验表

由表 1 统计的仿真试验结果可知，对变压器事故油池进行改造后，事故油池排水装置能将水位低于排水装置安装高度与事故油池底面间高度差的水分100% 排出。

3.2 针对“不能自动控制排水装置启动排水”采取对策

对策：基于事故油池积水中矿物质油绝缘、水分导电，且油、水不互溶的物理特性，根据油池积水中油、水分离面的位置变化自动控制工作电源的接入，设计出能自动控制启动的事故油池排水装置；考察市场，选购符合要求的用于实施效果仿真验证的F21-E1RX 电源接入控制器、电位接触片及工作电路设备，采用变电站220 V 站用电源为装置提供工作电源。

具体实施过程：

根据设计要求、利用事故油池积水中矿物质油绝缘、水分导电，且油、水不互溶的物理特性，考虑到实际情况下事故油池中矿物质油、水分的体积占比是随机变化的，设计出一种能够自动控制工作电源接入，且启动工作的水位高度可调节的事故油池自动控制启动排水装置，其电路结构图如图3 所示。

图3 事故油池自动控制启动排水装置的电路结构图

由于矿物质油与水分的物理密度差异且油、水不互溶的化学特性，事故油池中矿物质油始终处于水分的上方。当启动电位接触片位于事故油池中油、水分离面以上的矿物质油中时，工作电源不能接入；反之，当启动电位接触片位于事故油池中油、水分离面以下的水分中时，工作电源自动接入，排水装置开始启动排水。

根据事故油池自动控制启动排水装置的电路设计方案从材料市场采购到用于实施效果仿真验证的F21-E1RX 控制器、2 mm2导线5 m，电极接触片2 片，长度1 m 的绝缘杆1 根，并在实施一中所搭建的事故油池排水装置仿真模型的基础上，加工制作完成了自动控制启动的事故油池排水装置仿真模型。

对实施效果进行检验。

同实施一中效果检验方式类似，为检验实施二的方案效果，利用制作完成的自动控制启动的事故油池排水装置仿真模型进行自动控制启动成功率试验。具体做法是：

固定好装置模型零电位接触片的位置；

向仿真模型容器中注入一定比例的油水混合液；

按照电位接触片调节结点从高到低的顺序，调节启动电位接触片以模拟事故油池中的不同积水深度，逐个结点地测试该装置模型的自动控制启动成功率。

记录、分析数据。

连续200 次自动控制启动试验，结果可表明所设计的事故油池自动控制启动排水装置的自动控制启动成功率为100%，满足目标要求。

4 效果检查

将研发的提高事故油池容积可利用率的方案模型在110 kV 幸福变电站进行现场配置实施，如图4所示。

图4 提高事故油池容积可利用率解决方案实物模型

通过对该模型连续20 次注入油水混合物，检查装置启动排水、关停后事故油池的容积可利用率，并对从事故油池中抽排出的积水进行成分分析，检测其中的油脂体积占比。

由表2 所示中的实验数据可知，确定的提高事故油池容积利用率方法能够实现油水分离，确保排入城市污水管网的事故油池积水中油脂含量低于国家标准推荐的10 mg/L 的工业企业污水排放标准。

表2 提高事故油池容积利用率试验调查

5 结束语

本文成功解决了当前变电运维工作中遇到的变电站变压器事故油池容积利用率偏低的问题，事故油池环保性能得不到保证等一系列难题。将进一步研究和完善提高变压器事故油池容积利用率的对策方法，以实现变电运维工作降本增效。