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第34卷 第7期 1997年7月 变压器 TRANSFORM ER Vol . 34 NO. 7 July 1997 大型变压器压力释放阀布置的研究 姜宏志(朝阳电力设备厂,朝阳122000) 摘要:介绍了目前大型变压器压力释放阀的布置现状,分析了变压器发生事故时油箱损坏的原 因,提出了液态冲击下压力释放阀布置的新方法,并对压力释放阀提出新的结构要求和性能要求,认为 该方法可以保护事故时变压器油箱的整体结构,防止事故扩大。 关键词:变压器 组件 压力释放阀 结构 1 引言 压力释放阀是变压器上重要的保护装置, 它关系着变压器的运行安全,以使事故损失尽 可能小,因此,要求压力释放阀有良好的保护性 能。 近年来,我国油浸式变压器保护装置已用压 力释放阀替代防爆筒,通常小容量变压器安装 一台,大容量变压器两台。 安装位置都在变压器 油箱顶部,压力释放阀的口径通常为 550mm 或 5130mm。压力释放阀的这种布置方式和结 构形式存在着很多缺陷。几年来变压器事故的 实例有,出现小的变压器事故时,变压器停运而 压力释放阀没有动作;出现大的变压器事故时, 油箱的局部结构损坏了,压力释放阀才动作。 因 此这种布置方式和结构形式对于变压器的保护 很不理想。虽然国内有些变压器改变了油箱的 结构形状,压力释放阀在性能上也有所改进,但 并没有从根本上解决这个问题。 为此,本文就如 何改进变压器油箱的保护性能和压力释放阀的 结构性能进行研究探讨,并提出新的结构形式, 以供有关人员参考。 2 当变压器发生事故时油箱损坏 的原因 我国目前大型变压器油箱保护是在油箱顶 面两端各放置一台 5130mm口径的压力释放 阀。当变压器内部发生故障时,油压升高。当油 压达到某一规定限值时,压力释放阀开启,并排 油泄压,保护油箱,防止事故扩大。压力释放阀 在油箱上的布置如图1所示。 图1 压力释放布置图 但是,实际上种油箱保护装置往往却并不 理想:当变压器事故能量小时,变压器已停运, 而压力释放阀并没有开启动作;当变压器事故 能量大时,油箱已破坏,而压力释放阀却滞后开 启,没有起到保护作用,或者说保护作用很小。 如在辽宁盘锦运行的一台SFPS7- 60000?220 变压器,当发生事故时,油箱高压侧下部事故点 1已损坏,裂开 1m 左右的长口,凸起 1m 2 左 右,而压力释放阀滞后动作,致使变压器油从长 口中喷出,造成事故扩大。 在低压侧上部事故点 2,虽然油箱没有破裂,但局部凸起约0. 6m 2 左 右,也是比较严重的。破坏位置如图2所示。 图2 事故破坏位置图 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 图4 阀开时间变化曲线 图3 冲击压力梯度变化曲线 经分析,油箱被破坏的原因是:事故点瞬 间释放出很大的能量,使变压器油局部分解、 气 化,压力骤增,比正常工作压力大几十倍,致使 变压器油产生液态冲击。 由流体力学可知,液 体在冲击压力的作用下,液体的压力传导受液 体的重力、 惯性力、 质量、 密度、 粘性、 摩擦损失 等因素的影响,其内部各处质点的压力是各不 相同的,并且将随着时间和距离(或高度)的变 化,形成事故点与压力释放阀间的压力梯度,还 伴随有冲击振动波。 其梯度变化曲线见图3。 事故点通常与压力释放阀之间的距离较远。 压力释放阀不能在事故发生时马上开启泄压, 而 要 滞 后 t时 间。 压力释放阀 开启变化曲 线 见 图4。 由图3曲 线 可 以 看 出,当油的 局部最大压 力Pm大于 油箱的极限 强度Pb时, 油箱必然遭 到破坏,而 压力释放阀 因其本身的 性能和油固 有的属性需 要 滞 后 t 时间才能开 启泄压,形成较大的压力梯度,这就是油箱被破 坏的根本原因,也是压力释放阀布置不合理造 成油箱损坏的本质。 当然,变压器内事故点能量的大小和分布 位置有很大的分散性,保护油箱的压力释放阀 泄压能力也有一定的局限性,因此,有必要进一 步分析探讨事故点的分布规律,以便采取有效 的保护措施。 3 变压器油箱事故保护新方法和 对压力释放阀结构的新要求 近几年来,根据对变压器油箱事故损坏情 况的分析可知,事故多数发生在油箱上部1?3 范围内和油箱下部1?3范围内,即对应引线结 构布置区域。油箱下部损坏程度往往比上部严 重。 这是因为上部有压力释放阀、 联管、 储油柜, 有一定的泄压保护能力,而下部的泄压能力就 很差。 因此,如何在变压器事故发生瞬间有效地 泄掉危险压力,保护油箱的安全,防止事故扩大 是目前亟待解决的问题。针对变压器事故点的 分布规律和分散性,以及压力释放阀有限的泄 压能力,作者提出了事故时油箱保护的新方法, 即压力释放阀采取多点布置,重点设防,以增加 变压器事故时的泄压能力。具体布置如下: a. 对高压首端中部进线、 三绕组大容量变 压器,在高压侧下部高压包三个人孔盖上均设 一台压力释放阀。在低压侧上节油箱下部均匀 分布三台,上部分布两台,顶部不设压力释放 阀。具体分布位置见图5。 图5 中部进线、 三绕组大容量变压器压力释放阀 布置图 b. 对高压首端端部出线变压器,高压侧上 部设两台压力释放阀,低压侧上部设两台,下部 设两台,具体布置见图6。 图6 高压首端端部出线变压器压力释放布置图 总之,压力释放阀布置的原则是应尽可能 地将阀布置在事故多发区域内,靠近事故点,以 61变压器第34卷 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 保证事故时减小冲击压力和压力梯度,可靠泄 压。 大型变压器压力释放阀一般采用 5130mm 口径的产品。根据变压器事故造成油箱的损坏 程度和压力释放阀不一定在事故中心点上等因 素分析,目前采用的 5130mm口径的压力释放 阀泄压能力是比较差的,应当加大其泄压能力, 以提高变压器运行性能。 建议在不影响油箱强度的条件下,采用 5130mm口径的压力释放阀,以便将其泄压能 力提高4. 3倍。同时要求其有瞬间开启较大的 口径和缓慢关闭的性能。 4 可行性分析 当变压器发生事故时,事故点瞬间释放出 很大的能量,使事故点周围的变压器油产生一 个冲击压力升高值P。根据流体力学能量转 化守恒定律,液体的动能 A lV 2? 2转化成液体 的弹性能A lP 2? (2 K ), 即 1 2 A l?V 2=1 2. A l K .P 2 所以,P= K V =cV 式中 K 液体的等效体积模量 液体的密度 V液体的流速, V= Q A = l t C冲击波在容器中的传播速度, C= K Q液体的流量 A等效面积 l液体流径 由公式可知,对于变压器来说,油和内部结 构一定时,和c均为一定值,因此,唯一能减 小P的办法是减小事故点与泄压点的距离l 和加大泄压面积,以降低V值。 当发生事故时,在压力释放阀开闭的来回 时间t小于冲击压力波来回一次所需的时间tc 情况下,即ttc时便是非完全冲 击。非完全冲击时引起的压力峰值比完全冲击 时低,其关系式为P=cV tc t 。 另外,使油的流速从V降低到V,即冲击 前后稳态流速变化值为V=V-V,那么,此 条件下的压力升高值P=c(V-V ). tc t 。 从以上分析可以看出,要减小液态压力冲 击,须缩短压力波传播的距离l,以减小tc,并增 加泄压面积以吸收冲击压力,降低压力梯度。 因此,本文提出的压力释放阀布置新方法 和增加泄压面积的建议,根据理论分析,证明是 完全可行的,能达到降低压力冲击的目的,可保 护变压器油箱的整体结构,防止事故扩大。 5 结论 a. 目前压力释放阀布置在油箱顶上是不合 理的,应当改进。 b. 事故破坏的实际状况和理论分析证明, 采用压力释放阀布置新方法,尽可能地缩短了 压力释放阀与事故点间的距离,也就缩短了压 力波传播距离,这样可有效地吸收压力冲击,降 低压力梯度。 c. 增大压力释放阀的口径,可以增加泄压 能力和泄压作用半径,同样可以吸收压力冲击, 降低压力梯度。 参考文献 1 济南汽车制造厂。 机床液压传动。 北京:机械工业出 版社, 1977. 2 汪兴华。工程