一起真空泵油及真空表水銀倒吸事件的分析及防范措施

2013-04-12 張志芳 恒光電力建設有限責任公司

  2009 年,某220 kV 變電站進行主變安裝作業。在主變抽真空過程中發生了真空泵油以及麥氏真空計中水銀倒吸進主變本體的事件。雖然由于事后處理得當,未導致嚴重后果,借這起事件總結一下在主變安裝過程中需要給予充分重視的一些關鍵點和必要的防范措施。

事件發生情況

  該主變附件安裝工作全部完成后,開始對本體連同附件進行真空處理。當主變真空度達到130 Pa后,施工人員根據施工方案進行主變本體檢漏試驗,即關閉本體上各類閥門后,讀出麥氏真空表讀數p1,30 min 后讀出第二個讀數p2,如果p1 - p2 的數值小于50 Pa,即認為主變本體檢漏合格。施工人員停下真空泵,關閉真空泵出口閥門。大約20 min 后,發現真空波紋管內有真空泵油,經檢查,發現瓦斯內也有微量真空泵油。同時,在檢查處理中,發現在連接麥氏真空表的主變本體連接法蘭外側,存在一些細小的水銀顆粒。這一情況引起了現場人員的高度重視,并安排進行檢查處理。事件的分析

1. 真空泵油倒吸原因分析

  主變抽真空示意圖如圖1 所示,關閉了真空泵出口處的閥門,未關閉主變本體上用于接真空管的閥門。在事后的檢查中還發現,該真空泵組未配備逆止閥。而且,經過現場測試,該真空泵組的出口閥門不能完全關閉。

主變抽真空示意圖

  根據不規則容器內液體壓強公式

p =ρgh

  其中 p ——液體壓強;ρ——液體密度;g ——重力加速度,等于9.8 m/s2;h ——液體面的高度。

  由于變壓器真空度為100 Pa 左右,即變壓器內外的壓差基本接近一個大氣壓。一個大氣壓下,水銀的液面高差可達到760 mm。查證經驗公式,水銀的密度為13.595 g/cm3,而當時真空泵中使用的WORLDLY8530 系列真空泵油在20 ℃時的密度為0.882 g/cm3,這樣,通過公式

  得知,在變壓器內外壓差接近一個大氣壓的情況下,理論上壓差可以將密度為0.895 g/cm3 的真空泵油升至10 m 以上,這個高度遠超過了變壓器本體上閥門接口的位置。由此可見,真空泵組不帶逆止閥且出口閥門不能完全封閉,是發生倒吸的直接原因;施工人員未關閉主變本體真空管閥門是發生倒吸的重要原因。

  圖2 是真空作業示意圖。經過隨后的本體及附件檢查,發現變壓器油倒吸進本體的量還不大,在氣體繼電器后部就基本沒有真空泵油了。分析后,推斷整個過程如下(真空泵油流如圖2 紅色箭線標注所示):由于存在近一個大氣壓的壓差,真空泵油自未完全封閉的真空泵出口閥門,上升至油枕頂部后下落到氣囊上,再由氣囊與柜壁間隙漏至柜底。由于進出油管口位于主油柜最低處(與至本體的主油管存在約3 mm 高差),絕大部分真空泵油匯集于此管內。少量沿主油管通道前行,經波紋管、瓦斯前蝶閥、氣體內浮球及瓦斯后蝶閥阻擋沉積,導致在波紋管、瓦斯繼電器底部有少量真空泵油。瓦斯后蝶閥后的主油管內基本無油,說明真空泵油尚未進入主變本體。

真空作業示意圖 

2. 水銀倒吸原因分析

  在裝設麥氏真空表的閥門內部發現水銀顆粒的情況,經過分析,認定是由于麥氏真空表裝設過高,施工人員在對麥氏真空表進行讀數的過程中將真空表抬得過高,或操作動作過大,都將引起水銀倒流出真空表的現象發生。

  麥氏真空表操作平常水平放置,讀數時先打開聯接至本體的閥門,然后緩慢將真空表豎立至垂直位置后,柱2 上刻度即為本體內部真空度。整個操作必須在真空表高度低于其接至主變本體閥門的情況下進行,若操作正確,動作輕緩,水銀倒流的情況不會發生。

  水銀進入過程推測:在操作表的時候,水銀軟管接頭處高于氣管小閥門,且操作時直立速度過快導致表內水銀面高過軟管接口,水銀由于重力作用(因麥氏真空表內外壓差一樣,不存在倒吸可能性)而外流至蝶閥處,水銀掉落于蝶閥閥體撞擊形成眾多微粒。所幸經過檢查,在閥門變壓器本體側并未發現存在水銀顆粒,排除了水銀進入本體的可能性。

  善后處理在隨后的處理中,施工人員打開主變附件,將進入油枕、油管的真空泵油用酒精清洗干凈,并用合格變壓器油進行多次沖洗。為了進一步確保主變安全順利投入運行,安裝完成的主變還特地進行了變壓器油樣金屬成分分析試驗,以進一步排除水銀進入變壓器本體的可能性。

防范措施分析

  為了防止類似情況的發生,施工單位在隨后進行了技術改良。在真空泵的出口端加裝了逆止閥,同時在真空泵和本體間加裝了自行研制的防倒吸罐。改良后的變壓器真空處理管路連接圖如圖3 所示。

改良后的真空系統

  從圖3 中可以看出,即使發生閥門失靈的情況,真空泵油也只能倒吸進防倒吸罐中,防倒吸罐內部的固定式阻擋片能夠起到阻擋真空泵油霧化的作用。由于防倒吸罐具有一定的容量,即使真空泵油全部吸進罐中,也無法到達頂端進而進入連接至變壓器本體的真空管道內部。這樣的措施從技術上防止了倒吸現象發生的可能性。

  至于麥氏真空表,則要求通過較長的連接管連接至主變下部,這樣閥門連接處與麥氏真空表本身有了較大高差,即使出現意外也可確保水銀不可能倒流進變壓器內部。

  當然,上面列舉的只是一些技術措施,真正確保安裝質量的還是施工人員的高技術水平、優良的施工機械以及嚴格規范的施工作業程序。