一起特高压变压器应急排油装置渗漏油故障分析

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某特高压站1000kV变压器新加装应急排油装置，国网江苏省电力有限公司超高压分公司陈弘扬在2023年第8期《电气技术》上撰文，针对该应急排油装置中电动球阀发生的渗漏油故障进行分析。首先经第三方检测机构开展电动球阀密封性能及密封件材质检测工作，然后根据检测结果利用专用装置进行不同工况下的电动球阀密封性能试验，并综合分析几种导致电动球阀渗漏油的原因，最后给出电动球阀生产检验、安装调试、运行维护等方面的注意事项。

换流变压器发生爆燃事故后，为避免燃烧范围扩大，在紧急状态下利用应急排油装置将换流变压器绝缘油排至事故油池。应急排油装置由电动球阀、泄漏监测仪、远方控制屏等部件组成，当换流变压器发生火灾时，可通过手动方式远程控制排油装置中的电动球阀，实现应急排油功能。

本文介绍一起某特高压站1000kV变压器新加装的应急排油装置中，电动球阀发生的渗漏油故障。经第三方检测机构检测和利用专用装置进行不同工况下的密封性能试验，分析几种影响电动球阀密封性能的因素，并为后续电动球阀检验、安装、调试、运行和维护等方面的注意事项、预防及处理措施提出建议。

1 事故发现

2022年4月，某特高压变电站1000kV变压器新加装的应急排油装置发渗漏油报警信号，经运维人员现场检查，发现应急排油装置中的电动球阀存在渗漏油，渗漏的变压器油汇集到电动球阀后的泄漏监测仪中，到达一定量（定值为150mL）后该装置向集控后台发渗漏油告警信号。

经现场运维人员跟踪发现，该电动球阀渗漏油速率不断增加，从最初约24h报警一次，到一个月后约1h报警一次。同时，其他相变压器安装的应急排油装置也存在不同程度的渗漏油。经运维、监理、施工、厂家技术人员协商后确定处理方案：一是将连接在变压器事故排油阀后的检修球阀关闭，退出运行中的应急排油装置；二是拆除现场在运的出现渗漏油的3只电动球阀和1只备用新电动球阀，并对其开展密封性能检查，分析渗漏油具体原因。

该特高压站1000kV变压器设备型号为ODFPS-1000000/1000，出厂日期2015年5月，投运日期2016年4月。

2 电动球阀第三方机构检测

为查找电动球阀投运后短时间内发生渗漏油的原因，现场退出在运变压器应急排油装置，拆除出现渗漏油的3只电动球阀和站内存放的1只备用新阀，发至第三方检测机构开展电动球阀密封性能检测及密封件材质检测工作。

2.1 电动球阀密封性能检测

2022年7月，第三方机构按照GB/T 13927-2008《工业阀门 压力试验》对电动球阀进行壳体试验及密封试验，试验压力及持续时间见表1。

表1 试验压力及持续时间

电动球阀第三方检测结果见表2。试验表明，2只电动球阀通过了两项试验，其余2只仅通过了一项试验。

表2 电动球阀第三方检测结果

2.2 电动球阀密封件材质检测

2022年8月，第三方机构按照GJB 3026-1997《聚四氟乙烯大型板材规范》对密封垫进行相关性能检测。结合密封垫尺寸，制定主体材质定性、密度、邵氏硬度、拉伸强度和拉断伸长率共5个检测项目。

第三方机构依据相关标准对聚四氟乙烯密封垫材质及相关性能进行检测，检测结果满足要求。电动球阀密封垫检测结果见表3。

表3 电动球阀密封垫检测结果

3 不同工况下的密封性能试验

分析第三方检测机构的检测结果，与运行期间记录的3只球阀渗漏的情况进行比对。编号3#A1的电动球阀现场渗漏最为严重，第三方检测密封试验未通过；编号1#A2、1#A1的球阀轻微渗漏，密封试验均通过，检测结果与实际情况不符。由于变压器运行时为高温、振动环境，与第三方检测机构室内测试环境不同，对于轻微渗油的电动球阀，从密封性能检测及密封件材质检测方面，并不能分析出渗油的原因。

为进一步查找电动球阀渗漏油的原因，经协商确定搭建测试专用装置进行不同工况下的密封性能试验。

2022年9月，完成了密封试验专用装置的设计、制作及检测仪器仪表等准备工作，该装置包括变压器油枕、滤油机、测试平台、加压装置等。电动球阀密封试验装置如图1所示。

图1 电动球阀密封试验装置

密封试验分为固定温度改变压力和固定压力改变温度两个阶段试验，同时对1#A2、1#A1、备用新阀共3只电动球阀开展不同工况下的密封试验（3#A1阀解体取出密封垫送检，无法进行该测试）。固定温度改变压力密封试验（阶段1）见表4，固定压力改变温度密封试验（阶段2）见表5。

表4 固定温度改变压力密封试验（阶段1）

表5 固定压力改变温度密封试验（阶段2）

试验过程中通过氮气加压装置调整变压器油压力并通过高精度压力表进行测定，通过加热器调整温度并通过水银温度计进行测定。期间每日汇总整理试验数据，试验发现1#A2、1#A1两只阀门出现渗漏油，备用新阀未出现渗漏。阀门密封性试验结果见表6。

表6 阀门密封性试验结果

根据试验数据，对电动球阀1#A1、1#A2阶段1的泄漏情况进行分析：随着温度升高，电动球阀 1#A1泄漏量明显减小，电动球阀1#A2的泄漏量先增大后减小。1#A1电动球阀升压和降压过程4h保压试验曲线如图2所示，1#A2电动球阀升压和降压过程4h保压试验曲线如图3所示。

图2 1#A1电动球阀升压和降压过程4h保压试验曲线

图3 1#A2电动球阀升压和降压过程4h保压试验曲线

根据试验数据，整理电动球阀1#A1、1#A2阶段2的泄漏量数据。压力变化对泄漏量影响不明显，温度变化对泄漏量影响十分明显。1#A1电动球阀不同压力下2h保温试验曲线如图4所示，1#A2电动球阀不同压力下2h保温试验曲线如图5所示。

图4 1#A1电动球阀不同压力下2h保温试验曲线

图5 1#A2电动球阀不同压力下2h保温试验曲线

通过两个阶段的测试发现，变压器油压力变化对电动球阀泄漏量影响不明显，变压器油温变化对电动球阀泄漏量影响比较明显；泄漏量与温度并非简单线性相关，且两阀门相关性对比的差异十分明显。经过分析认为：出现上述现象是由于不锈钢和聚四氟乙烯的热膨胀系数不同（后者约为前者的10倍）造成的，温度变化导致细微密封结构（毛细通道）发生改变，进而导致电动球阀密封性能发生变化。

4 电动球阀渗漏油原因分析

1）密封面质量问题

从微观来看，浮动式球阀密封性能与密封面上的细微结构形成的毛细通道有关，毛细通道越短，发生泄漏的概率越低。球体的制造精度、表面质量、球体与密封垫的装配精度、密封面的宽度等，均会直接影响毛细通道的长度。

根据不同工况下电动球阀密封试验数据和结论可知，变压器油温变化对电动球阀泄漏量有明显影响。油温升高时，阀门壳体、球体及密封垫均会发生膨胀变形，两种材质的热膨胀系数不同，影响毛细通道的闭合路径，进而影响密封性能。综上分析认为：电动球阀密封面结合质量差，对温度变化的抵抗性较差，导致密封性能较差。

2）装配分散性大

浮动式球阀的球体是浮动的，在介质压力作用下，球体能产生一定的位移并压紧在出口端的密封面上，保证出口端密封。浮动式球阀应设计合理的必须比压和计算比压。阀门设计制造过程中必须保证，计算比压大于必须比压且必须小于许用比压，必须比压主要靠阀座、密封垫及球体的装配精度来保证。

对比电动球阀第三方检测结果和不同工况下电动球阀密封试验结果，个别电动球阀0.6MPa以上密封试验合格但0.065～0.095MPa变压油密封试验不合格。分析认为：该阀可能由于装配质量控制不够严格未能保证有效的必须比压，导致电动球阀低压密封性能较差。

3）壳体预紧力不足

中间法兰的密封性能，是阀门壳体密封试验中考核的一个关键点。中间法兰的密封，主要靠两侧法兰对中间密封垫的挤压来实现。结合第三方检测试验结果：个别电动球阀壳体试验时中间法兰发生漏水，试验不合格。经分析认为：中间法兰螺栓预紧力不足导致电动球阀壳体密封性能差。另外，中间法兰螺栓预紧力不足又会影响密封必须比压和密封面的结合质量，进而对电动球阀密封性能产生影响。

4）密封垫许用应力不足

根据阀门相关标准，阀门出厂前须做阀门壳体试验、密封试验。一般情况下阀门出厂试验时，选用0.6MPa气体进行密封试验，试验过程中在规定时间内未发现气泡即认为通过密封性能测试。若密封件材质质量控制不好，材料局部许用应力不足或安全系数取得较小，出厂密封试验过程中，密封垫局部应力可能超出许用应力值，密封垫发生局部塑性变形，导致电动球阀低压密封性能降低。

5 结论

本文分析了某特高压站1000kV变压器加装应急排油装置后出现的电动球阀渗漏油故障。经第三方检测机构检测和利用专用装置进行不同工况下的密封性能试验测试，分析了几种可能影响电动球阀密封性能的因素。

最后，建议加强对大型充油设备应急排油装置的全过程管控，运维单位应加强对电动球阀设备选型、入场检测的监管力度，加强在运应急排油装置的巡视力度。厂家应加强产品质量控制及出厂前的渗漏油检测。施工单位应依据规程规范作业，确保安装调试质量。

本工作成果发表在2023年第8期《电气技术》，论文标题为“一起特高压变压器应急排油装置渗漏油故障分析”，作者为陈弘扬。

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