一起充油設(shè)備重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)原因分析及改進(jìn)措施

呂攔坡+陳曉+張嘉濤+連進(jìn)燦

摘 要：本文針對(duì)某換流站一起充油設(shè)備重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)進(jìn)行原因分析并提出改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：瓦斯繼電器；浮球；擋板；油流；振動(dòng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.070

0 引言

換流站平波電抗器重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)將導(dǎo)致直流系統(tǒng)誤閉鎖，分析瓦斯繼電器誤動(dòng)原因并提出改進(jìn)措施是必要的。

1 瓦斯保護(hù)簡(jiǎn)述

當(dāng)充油設(shè)備發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，電氣量可能尚未發(fā)生異常，基于電氣量的保護(hù)無(wú)法發(fā)揮作用，為避免設(shè)備損壞，充油設(shè)備一般配置有瓦斯保護(hù)。充油設(shè)備內(nèi)部故障時(shí)產(chǎn)生的電弧會(huì)導(dǎo)致絕緣油分解產(chǎn)生氣體，氣體從會(huì)從較低的本體流向高位油枕，氣體產(chǎn)生劇烈時(shí)會(huì)帶動(dòng)油流，反應(yīng)該特性而動(dòng)作的保護(hù)稱(chēng)為瓦斯保護(hù)。其中重瓦斯保護(hù)主要反應(yīng)油流，輕瓦斯保護(hù)主要反應(yīng)氣流。平波電抗器瓦斯繼電器采用“雙浮球+擋板”式瓦斯繼電器，安裝在本體至高位油枕的連接管道上。在正常狀態(tài)下，管道內(nèi)部無(wú)氣體，油流緩慢。當(dāng)平波電抗器內(nèi)部產(chǎn)生氣體、油流時(shí)，瓦斯繼電器動(dòng)作原理如下：

a. 少量氣體累積未帶動(dòng)油流。當(dāng)內(nèi)部故障不嚴(yán)重，產(chǎn)生的氣體未帶動(dòng)油流時(shí)，氣體聚集在瓦斯繼電器內(nèi)并使絕緣油液位下降，從而帶動(dòng)上浮球下降，上浮球下降到一定位置時(shí)其聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)閉合產(chǎn)生輕瓦斯報(bào)警。此時(shí)下浮球仍在絕緣油液面以下，重瓦斯保護(hù)不動(dòng)作。

b. 絕緣油大量流失導(dǎo)致液位進(jìn)一步下降。當(dāng)絕緣油大量流失導(dǎo)致液位進(jìn)一步下降時(shí)，下浮球隨液位下降，到達(dá)一定位置時(shí)其聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)閉合，產(chǎn)生重瓦斯跳閘信號(hào)，保護(hù)立即閉鎖直流并跳開(kāi)進(jìn)線開(kāi)關(guān)。

c. 氣體帶動(dòng)劇烈油流。當(dāng)故障嚴(yán)重，氣體大量產(chǎn)生并帶動(dòng)劇烈油流時(shí)，油流會(huì)推動(dòng)擋板（達(dá)到擋板動(dòng)作值），擋板到達(dá)一定位置時(shí)其聯(lián)動(dòng)開(kāi)關(guān)接點(diǎn)閉合，產(chǎn)生重瓦斯跳閘信號(hào)，保護(hù)立即閉鎖直流并跳開(kāi)進(jìn)線開(kāi)關(guān)。其示意圖見(jiàn)圖1。

2 故障征象及分析

2.1 故障征象

根據(jù)故障錄波分析，在平波電抗器重瓦斯動(dòng)作前，直流系統(tǒng)連續(xù)發(fā)生兩次換相失敗，直流電流峰值達(dá)到11900A（2.64 p.u.），平抗重瓦斯保護(hù)在達(dá)到最大值約200ms后動(dòng)作，直流系統(tǒng)閉鎖。現(xiàn)場(chǎng)故障錄波圖見(jiàn)圖2。

2.2 故障分析

對(duì)平波電抗器絕緣油、瓦斯繼電器回路、本體進(jìn)行檢查、試驗(yàn)：

一是對(duì)平波電抗器進(jìn)行油色譜分析，色譜分析結(jié)果均正常。二是對(duì)瓦斯繼電器回路進(jìn)行傳動(dòng)和絕緣檢查，結(jié)果均正常。三是現(xiàn)場(chǎng)對(duì)平波電抗器進(jìn)行試驗(yàn)，包括鐵心夾件及繞組連同套管的絕緣電阻、吸收比及極化指數(shù)測(cè)量，繞組連同套管的介損，繞組直流電阻測(cè)量等，試驗(yàn)結(jié)果均正常。鑒于上述檢查可判斷此次為平波電抗器瓦斯繼電器發(fā)生誤動(dòng)。

進(jìn)行繼電器的動(dòng)作特性、油流試驗(yàn)及振動(dòng)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果顯示在靜態(tài)條件下該瓦斯繼電器合格。重瓦斯保護(hù)在運(yùn)行期間發(fā)生誤動(dòng)，現(xiàn)就其原因進(jìn)行分別分析：

一是油流流速過(guò)快導(dǎo)致繼電器擋板動(dòng)作。通過(guò)錄波數(shù)據(jù)顯示，瓦斯繼電器誤動(dòng)在直流電流達(dá)到最大值后約200ms時(shí)發(fā)生，若誤動(dòng)原因是油流流速過(guò)快則應(yīng)在直流電流達(dá)到最大值后100ms 內(nèi)動(dòng)作。排除該可能性。

二是絕緣油液位下降導(dǎo)致瓦斯繼電器下浮球動(dòng)作。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查結(jié)果，瓦斯繼電器取氣盒內(nèi)無(wú)氣泡、呈透明狀，瓦斯繼電器浮球處于正常位置，說(shuō)明當(dāng)時(shí)瓦斯繼電器內(nèi)無(wú)氣體，液位正常。排除該可能性。

三是振動(dòng)加速度過(guò)大導(dǎo)致繼電器誤動(dòng)。對(duì)平波電抗器本體及瓦斯繼電器振動(dòng)仿真計(jì)算結(jié)果顯示：當(dāng)對(duì)平波電抗器施加直流電流至誤動(dòng)工況時(shí)，平波電抗器本體振動(dòng)加速度為3.3G，振動(dòng)頻率為33.5Hz，而瓦斯繼電器振動(dòng)隨時(shí)間增大，約200 ms后振動(dòng)加速度達(dá)到10.5G，振動(dòng)頻率為33Hz。瓦斯繼電器在長(zhǎng)管道連接情況下與平波電抗器本體產(chǎn)生了共振，平波電抗器本體的振動(dòng)被放大、加劇，從而導(dǎo)致瓦斯繼電器誤動(dòng)。

3 反措及建議

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)多種方案的討論和分析，最終確定在瓦斯繼電器與平波電抗器連接主油管上加裝減震支撐架，降低共振力度。根據(jù)振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)加裝減震支撐架，在同樣的直流電流作用下，其加速度可降低到4G以下。

自安裝瓦斯繼電器主油管減震支撐架以來(lái)，有效地降低了了瓦斯繼電器與平波電抗器器身的共振，從而減小了瓦斯繼電器的振動(dòng)加速度，該換流站歷經(jīng)多次換相失敗導(dǎo)致的直流電流過(guò)沖，部分情況下其直流電流峰值超過(guò)之前發(fā)生的11900A，通過(guò)在瓦斯繼電器上安裝的沖擊記錄儀顯示，其振動(dòng)加速度均在4G以下，重瓦斯誤動(dòng)情況未再次發(fā)生。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)直流輸電的發(fā)展，充油設(shè)備體積及發(fā)生換相失敗時(shí)的直流電流峰值隨著電壓等級(jí)、輸送功率的提高而不斷增大，換相失敗時(shí)造成的振動(dòng)也會(huì)隨之增大，瓦斯繼電器誤動(dòng)機(jī)率相應(yīng)升高，本文所述的防震支撐結(jié)構(gòu)可以有效解決該問(wèn)題。

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