500KV變壓器瓦斯繼電器誤動作原因分析

摘要：變壓器是電力系統(tǒng)最為常用的設(shè)備之一，也是極為常見的電力設(shè)備，無論是工業(yè)也是民用，都離不開變壓器在其中發(fā)揮的極其重要的作用，正因為如此，變壓器的安全成為了電氣專家克難公關(guān)的一個主要課題。文中介紹一起500 kV 變壓器重瓦斯保護(hù)動作的經(jīng)過，對500kV瓦斯繼電器的動作情況進(jìn)行了說明，最終分析出該次重瓦斯保護(hù)動作是由于勵磁涌流過大、變壓器內(nèi)部存在氣體以及重瓦斯保護(hù)整定值偏低等綜合原因造成的誤動作，同時針對此次的誤動作在變壓器的使用、維護(hù)、試驗和檢修等方面提出了相應(yīng)建議。

關(guān)鍵詞：氣體繼電器；變壓器；誤動作

瓦斯繼電器（又稱氣體繼電器）來保護(hù)變壓器內(nèi)部的故障。在瓦斯保護(hù)繼電器內(nèi)，上部是一個密封的浮筒，下部是一塊金屬檔板，兩部都有裝密封的水銀接點。浮筒和檔板都可以圍著各自的軸旋轉(zhuǎn)。一般在正常運(yùn)行時，繼電器內(nèi)充滿油，浮筒浸在油內(nèi)，基于上浮位置，水銀接點斷開；檔板則由于本身重量而下垂，其水銀接點也是斷開的。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時，氣體產(chǎn)生的速度較緩慢，氣體上升至儲油柜途中首先積存于瓦斯繼電器的上部空間，使油面下降，浮筒隨之下降而使水銀接點閉合，接通延時信號，這就是“輕瓦斯”：當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時，則產(chǎn)生強(qiáng)烈的瓦斯氣體，油箱內(nèi)壓力瞬時突增，產(chǎn)生很大的油流向油枕方向沖擊，因油流沖擊檔板，檔板克服彈簧的阻力，帶動磁鐵向干簧觸點方向移動，使水銀觸點閉合，接通跳閘回路，使斷路器跳閘，這就是 “重瓦斯”。重瓦斯動作，立即切斷與變壓器連接的所有電源，從而避免事故擴(kuò)大，起到保護(hù)變壓器的作用。

1、500KV變壓器瓦斯繼電器動作情況

以雙浮子瓦斯繼電器為例說明瓦斯繼電器的動作原理。雙浮子瓦斯繼電器的保護(hù)功能一共有三種：①輕瓦斯動作（報信號）；②重瓦斯動作（正常運(yùn)行中投跳閘）；③低油面動作（與重瓦斯共用接點，正常運(yùn)行中投跳閘）。

1.1信號（輕瓦斯）保護(hù)動作原理

輕瓦斯保護(hù)動作于信號，其動作值按氣體容積整定，整定值范圍200～300mL。在正常運(yùn)行情況下，瓦斯繼電器內(nèi)部充滿變壓器油，輕瓦斯接點斷開。當(dāng)變壓器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中需要換油或補(bǔ)充加油時，沒有采取徹底真空脫氣處理，從而導(dǎo)致油中的含有的空氣，以及覆蓋在鐵心、附件表面、繞組、有機(jī)固體絕緣材料縫隙等中的空氣，當(dāng)變壓器處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時，內(nèi)部油出現(xiàn)對流循環(huán)，而變壓器的鐵心出現(xiàn)磁致伸縮，進(jìn)而匯集、上升至瓦斯繼電器內(nèi)，導(dǎo)致瓦斯保護(hù)動作產(chǎn)生，從而發(fā)出信號。氣體繼電器的設(shè)計是使其只能容納一定量的氣體體積。若氣體繼續(xù)產(chǎn)生，后續(xù)的氣體便可能繼續(xù)往上流動流向油枕并積存在油枕的集氣盒內(nèi)，同時還會繼續(xù)向上流動并在油枕的集氣盒內(nèi)積存，不過下浮子不會受此影響，位置將保持不動。輕瓦斯工作原理如圖1所示。

圖1輕瓦斯工作原理圖

1.2 跳閘（重瓦斯）保護(hù)動作原理

重瓦斯保護(hù)動作于跳閘，多采用擋板式結(jié)構(gòu)，其動作值根據(jù)油流速度整定，整定值范圍為1.5m/s±15%。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時，會產(chǎn)生強(qiáng)烈的瓦斯氣體，使油箱內(nèi)壓力瞬時突增，從而向油枕方向產(chǎn)生壓力波流。壓力波流沖擊安裝在流動液體中的擋板，當(dāng)流速超過擋板的動作靈敏度時，擋板會順壓力波流的方向運(yùn)動，開關(guān)元件因此被啟動，接通跳閘回路使變壓器三側(cè)開關(guān)跳閘。重瓦斯工作原理如圖2所示。

圖2重瓦斯工作原理圖

1.3低油面動作原理

低油位動作是由于變壓器油嚴(yán)重滲漏導(dǎo)致油面過低所致。當(dāng)變壓器發(fā)生滲漏，造成變壓器油流失時，輕瓦斯動作浮子隨著油位的下降而下降，到達(dá)整定值時發(fā)出報警信號。當(dāng)液體繼續(xù)流失，油枕、管道和瓦斯繼電器的變壓器油逐漸被排空，隨著油面的繼續(xù)下降，下浮子也下沉。通過下浮子的運(yùn)動，帶動開關(guān)元件，接通跳閘回路使變壓器三側(cè)開關(guān)跳閘。低油面動作工作原理如圖3所示。

圖 3低油面動作工作原理圖

2、500KV變壓器瓦斯繼電器誤動的原因

2.1強(qiáng)油循環(huán)的變壓器潛油泵密封不良，油泵工作時產(chǎn)生的微負(fù)壓導(dǎo)致空氣進(jìn)入變壓器本體循環(huán)，聚集在瓦斯繼電器內(nèi)造成輕瓦斯保護(hù)動作。

2.2二次回路缺陷導(dǎo)致瓦斯繼電器信號誤動。瓦斯繼電器二次信號回路故障，包括信號電纜絕緣損壞短路、端子排接點短路，個別在信號回路中所接信號繼電器故障等引起干簧觸點閉合，造成瓦斯信號動作。

2.3呼吸器下端的密封膠墊未拆除造成變壓器內(nèi)部存在負(fù)壓，瓦斯繼電器內(nèi)油氣浮動，可引起輕瓦斯動作報警。

2.4密封墊老化和破損，法蘭結(jié)合面變形，油循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)氣，潛油泵濾網(wǎng)堵塞，焊接處砂眼進(jìn)氣等造成輕瓦斯保護(hù)動作。

2.5雙浮子瓦斯繼電器的反向動作值低，反向油流較大引起重瓦斯保護(hù)動作

2.6勵磁涌流過大。在對變壓器沖擊送電時的勵磁涌流的錄波波形進(jìn)行分析，可以看出C相的勵磁涌流明顯較A、B相偏大，達(dá)到2883A，見圖4。而較大的勵磁涌流也會造成變壓器內(nèi)部油流向油枕方向流動，造成油流擋板動作，從而觸發(fā)重瓦斯動作接點動作。該次檢修中2號主變進(jìn)行了直流電阻測試，在測試中通入了10A的測試電流，而且在測試結(jié)束之后未采取消磁措施，變壓器內(nèi)剩磁過大極有可能引起沖擊送電時勵磁涌流過大，從而引起變壓器重瓦斯保護(hù)動作。

2.7變壓器的穿越性短路。在穿越性故障電流作用下，油隙間的油流速度加快，當(dāng)油隙內(nèi)和繞組外側(cè)產(chǎn)生的壓力差變化大時，氣體繼電器就可能誤動作。穿越性故障電流使繞組發(fā)熱，當(dāng)故障電流倍數(shù)很大時，繞組溫度上升很快，使油的體積膨脹，造成氣體繼電器誤動作。

2.8瓦斯繼電器內(nèi)的絕緣油溫度過低而凝固，當(dāng)變壓器負(fù)載增大后，推動氣體繼電器及聯(lián)管內(nèi)已經(jīng)凝結(jié)的油向儲油柜移動，凝結(jié)的油帶動氣體繼電器檔板，造成重瓦斯保護(hù)動作。

2.9瓦斯繼電器本身的問題

瓦斯繼電器探針設(shè)計不合理導(dǎo)致主變重瓦斯保護(hù)誤動作。瓦斯繼電器中的干簧接點玻璃管破碎、接線盒密封不良導(dǎo)致重瓦斯保護(hù)動作；金屬波紋式儲油柜的內(nèi)波紋管滑道卡澀引起油流突變造成瓦斯繼電器動作。

圖4 勵磁涌流波形圖

3、500KV變壓器瓦斯繼電器誤動作的處理對策

3.1分析診斷程序

瓦斯繼電器內(nèi)有無氣體凝聚→對瓦斯繼電器內(nèi)凝聚氣體進(jìn)行收集→點燃實驗和色譜分析。

3.2判斷繼電器內(nèi)是否有氣體

瓦斯信號動作后繼電器內(nèi)是否有氣體聚集，是區(qū)別信號動作原因---油位降低、二次回路故障和空氣進(jìn)入變壓器、變壓器內(nèi)部發(fā)生故障的最基本原則。因為二次回路故障油位降低引起瓦斯信號動作不可能產(chǎn)生氣體，應(yīng)逐步判斷。首先巡視檢查變壓器是否有嚴(yán)重漏點，若是，應(yīng)立即問上級調(diào)度和主管領(lǐng)導(dǎo)匯報，采取堵漏措施；若不是，則應(yīng)判斷是否因環(huán)境溫度驟然下降引起油位降低，此時必須觀察變壓器油枕油位指示位置是否正常。若不正常，應(yīng)采取相應(yīng)措施。如果不是上述原因引起，則二次信號回路故障的可能性較大，須檢查消除二次回路缺陷。

3.3繼電器中氣體的鑒別

若繼電器內(nèi)的氣體是空氣，則應(yīng)依次判斷：是否因換油或補(bǔ)加油時空氣進(jìn)人變壓器本體后沒有排凈；是否因更換變壓器熱虹吸器吸附劑時靜置時間短，空氣未徹底排凈。若繼電器內(nèi)的氣體是可燃性氣體，則變壓器內(nèi)部存在過熱、放電性故障。此時應(yīng)從繼電器處同時取氣樣和油樣做色譜分析，點燃試驗，是將注射器收集到的氣體，用火柴從放氣嘴點火，若氣體本身能自燃，火焰呈淺蘭色，則是可燃性氣體，說明變壓器內(nèi)部有故障；若不能自燃，則是空氣，說明信號動作屬空氣進(jìn)人造成。根據(jù)分析結(jié)論采取繼續(xù)監(jiān)督運(yùn)行或停運(yùn)吊檢處理。

3.4設(shè)備安裝與投運(yùn)

變壓器在運(yùn)行過程中，瓦斯保護(hù)誤動涉及到設(shè)計制造、運(yùn)行維護(hù)、瓦斯繼電器運(yùn)行的可靠性等多方面因素，因此必須采取有力的措施進(jìn)行全方位、全過程、各環(huán)節(jié)的有效管理，從而最大限度的杜絕瓦斯保護(hù)誤動作的產(chǎn)生。

瓦斯繼電器安裝在變壓器到儲油柜的連接管路上，安裝時應(yīng)注意：

①首先將氣體繼電器管道上的碟閥關(guān)嚴(yán)。②新氣體繼電器安裝前，應(yīng)檢查有無檢驗合格證明，口徑、流速是否正確，內(nèi)外部件有無損壞，并關(guān)好放氣閥門。③氣體繼電器應(yīng)水平安裝。④打開碟閥向氣體繼電器充油，充滿油后從放氣閥門放氣。⑤進(jìn)行保護(hù)接線時，應(yīng)防止接錯和短路，避免帶電操作，同時要防止導(dǎo)電桿轉(zhuǎn)動和小瓷頭漏油。⑥投入運(yùn)行前，應(yīng)進(jìn)行絕緣搖測及傳動試驗。

4、結(jié)語

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電力設(shè)備制造業(yè)的進(jìn)步，社會用電的需要，電力變壓器朝著高電壓、大容量、超大容量方向。新材料、新工藝在變壓器設(shè)備制造中不斷應(yīng)用，新的制造企業(yè)不斷涌現(xiàn)，國內(nèi)變壓器制造質(zhì)量參差不齊。運(yùn)行中變壓器內(nèi)部故障時有發(fā)生，輕著變壓器內(nèi)部發(fā)熱，局部放電，扎間、層間短路，重著變壓器燒毀。目前，瓦斯繼電器是變壓器本體的主要保護(hù)之一，在變壓器內(nèi)部故障時能有效、迅速、準(zhǔn)確地動作。對500KV變壓器瓦斯繼電器誤動作的分析，找出誤動作原因及時采取有針對性的應(yīng)對措施，可以很好的應(yīng)對變壓器故障的再次發(fā)生，確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定供電。