摘 要：電力變壓器是目前電力系統(tǒng)中非常重要的電氣設(shè)備之一，必須配置相應(yīng)的各種保護(hù)來保證變壓器安全穩(wěn)定運行。非電量保護(hù)中的瓦斯保護(hù)是油浸式變壓器各種保護(hù)配置中的重要保護(hù)之一，是保障變壓器持續(xù)安全穩(wěn)定運行的有效技術(shù)措施。鑒于此，對瓦斯繼電器及其工作原理、瓦斯保護(hù)動作原因及動作后的檢查處理方法進(jìn)行了簡要分析和探討。

 

引言

近年來，由變壓器瓦斯保護(hù)動作而引起的變壓器開關(guān)跳閘事故在各個電壓等級的變電站經(jīng)常發(fā)生，使得變壓器甚至電力系統(tǒng)的供電可靠性及穩(wěn)定性均受到了嚴(yán)重的影響。因此，調(diào)試技術(shù)人員及變電運行人員必須掌握變壓器瓦斯保護(hù)動作產(chǎn)生的原因，才能預(yù)防故障的產(chǎn)生或者針對產(chǎn)生的故障進(jìn)行檢查和處理。

 

1 瓦斯繼電器

變壓器上常用的一種非電量保護(hù)裝置稱為瓦斯繼電器（又叫做“氣體繼電器”），其安裝位置通常位于儲油柜和油箱之間的管道上（圖1），在變壓器內(nèi)部故障（如繞組內(nèi)部斷線、鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、匝間和層間短路及絕緣劣化、導(dǎo)線焊接不良或分接開關(guān)接觸不良、油面下降或漏油等）造成絕緣油分解產(chǎn)生氣體或造成油流涌動時，促使繼電器內(nèi)部輔助接點閉合，通過保護(hù)二次回路的接通來啟動非電量保護(hù)裝置，并及時發(fā)出信號告警，然后跳開變壓器各側(cè)開關(guān)，自動切除變壓器。

為了避免氣體在管路內(nèi)流動過程中產(chǎn)生窩氣的現(xiàn)象，瓦斯繼電器的安裝位置應(yīng)設(shè)置有2%～4%的安裝坡度，并采用有利于二次接線頭防水的安裝方式。

 

2 瓦斯繼電器的動作原理

從目前來看，絕大多數(shù)變壓器仍然使用的是QJ-80（QJ代表的是氣體繼電器，80則代表的是油管半徑）型氣體繼電器。圖2為QJ1-80氣體繼電器結(jié)構(gòu)圖，從圖中可以看出，其上開口杯接信號回路，下?lián)醢鍎t接跳閘回路。在變壓器正常運行期間，變壓器油是充滿于瓦斯繼電器內(nèi)部空間的。

在正常運行狀態(tài)過程中，當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障（如放電或過熱故障）的時候，變壓器油或者固體絕緣材料會隨著故障的發(fā)生而產(chǎn)生分解，并產(chǎn)生諸如氫氣、低分子烴類氣體以及一氧化碳、二氧化碳等氣體，而這些氣體會隨著變壓器油的對流循環(huán)運動至氣體繼電器處，隨著時間的推移，在繼電器頂部，這些氣體將緩慢聚集并形成一定的氣體壓力，壓低油面高度。此時，隨著油面的降低，開口杯5所受浮力減小并發(fā)生轉(zhuǎn)動，磁鐵4與干簧接點15碰觸，隨之接點閉合并發(fā)出輕瓦斯報警信號。

 

當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障（如匝間和層間短路故障）時，故障點處會產(chǎn)生高溫電弧，變壓器油迅速分解，并產(chǎn)生出大量的氣體，這些氣體具有一定的壓力并向油枕處運動。而變壓器油是具有黏滯性的，氣體運動過程中會形成油流并沖擊擋板10。擋板翻轉(zhuǎn)帶動磁鐵11與干簧管13靠近，直至觸碰，接通保護(hù)跳閘回路，跳開變壓器各側(cè)開關(guān)并發(fā)出重瓦斯動作信號（圖3）。

 

3 瓦斯保護(hù)動作原因分析

有多種原因能引起變壓器瓦斯保護(hù)動作，既有可能是變壓器外部原因引起的，也有可能是由變壓器內(nèi)部故障造成的。

3.1 空氣進(jìn)入變壓器

空氣進(jìn)入變壓器后引起瓦斯保護(hù)誤動作是比較常見的非電量故障現(xiàn)象，而空氣有可能通過以下幾種途徑進(jìn)入變壓器。

（1）變壓器換油或補油時：

在換油或補油前，沒有徹底對變壓器油進(jìn)行真空脫氣處理，又或是注油過程未嚴(yán)格按照真空注油工藝進(jìn)行，都會使空氣進(jìn)入油箱。當(dāng)變壓器正常運行時，這些氣體會通過本體循環(huán)及鐵芯的磁滯現(xiàn)象逐漸匯聚上升至繼電器，從而引起輕瓦斯信號動作。

（2）更換變壓器呼吸器內(nèi)吸附劑時：

當(dāng)更換呼吸器內(nèi)干燥劑時，由于靜置時間較短，空氣未徹底排凈，其通過呼吸器進(jìn)入油箱，通過本體循環(huán)匯聚至瓦斯繼電器，進(jìn)而引起輕瓦斯信號動作。

（3）變壓器進(jìn)行強油循環(huán)時：

變壓器強油循環(huán)時需使用潛油泵，而潛油泵在工作時是會產(chǎn)生微負(fù)壓的，空氣會經(jīng)由密封不良的縫隙處進(jìn)入變壓器本體循環(huán)，并逐漸匯聚上升至瓦斯繼電器，進(jìn)而造成輕瓦斯信號動作。

 

3.2 變壓器滲漏油

變壓器在正常運行過程中，由于本體某些部位或注、放油閥門發(fā)生嚴(yán)重漏油，造成本體油位快速降低，瓦斯繼電器內(nèi)油位也會隨著本體油位的降低而降低，引起瓦斯保護(hù)動作。

 

3.3 環(huán)境溫度驟降

變壓器在進(jìn)行真空注油時，一般會根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境情況以及油位—溫度曲線圖來確定變壓器的正常運行油位。而當(dāng)發(fā)生氣溫驟降的情況時，由于環(huán)境溫度驟然下降，變壓器油會隨著溫度驟降而迅速發(fā)生冷縮，進(jìn)而造成油位下降，引起瓦斯信號動作。

 

3.4 二次信號回路故障

瓦斯繼電器接線盒中設(shè)有信號接點接線端子，通過控制電纜接入非電量保護(hù)裝置（重瓦斯信號接點串入斷路器跳閘回路）。當(dāng)發(fā)生接線盒中進(jìn)水、控制電纜絕緣損壞短路、變壓器本體端子箱或保護(hù)屏端子排接點短路等情況時，可能導(dǎo)致動作信號觸點閉合，引起保護(hù)動作。

 

3.5 變壓器內(nèi)部故障

如果變壓器繞組接頭焊接質(zhì)量不高，其焊接點接觸電阻便會增大。變壓器投入運行后，繞組接頭處就會由于發(fā)熱而產(chǎn)生氣體，進(jìn)而引起輕瓦斯信號動作。而另外一種情況則是變壓器本體內(nèi)部發(fā)生了嚴(yán)重故障，比如鐵芯故障、繞組多相短路、繞組與鐵芯或殼體間短路、調(diào)壓分接開關(guān)接觸不良、套管內(nèi)部故障等。這些原因均可能導(dǎo)致變壓器發(fā)熱，甚至產(chǎn)生電弧，進(jìn)而促使變壓器油發(fā)生分解，引起保護(hù)動作跳閘。

 

4 瓦斯保護(hù)動作后的檢查處理方法

發(fā)出輕瓦斯保護(hù)動作信號時，是發(fā)生了輕微故障；而發(fā)出重瓦斯保護(hù)動作，則是發(fā)生了嚴(yán)重故障。

 

4.1 輕瓦斯保護(hù)動作的檢查和處理辦法

在變壓器運行過程中，后臺突然發(fā)出輕瓦斯告警信號。此時，變電站值班人員應(yīng)首先將音響信號復(fù)歸，并密切監(jiān)視變壓器的油溫以及電流、電壓的變化，然后立即前往變壓器處進(jìn)行檢查。值班人員應(yīng)逐步進(jìn)行檢查判斷：首先，繞行變壓器一周，檢查其本體和冷卻系統(tǒng)的各個閥門以及管路法蘭和螺栓連接處是否存在滲漏油現(xiàn)象，若有，應(yīng)立即匯報并采取相應(yīng)的堵漏處理措施；觀察變壓器油枕處油位計的油位指示是否正常，若不正常，判斷是否是環(huán)境溫度驟降造成的。如若輕瓦斯告警不是由上述原因所引起的，則須使用萬用表來檢查瓦斯保護(hù)信號二次回路是否存在接點短路、直流接地等故障缺陷，若有，則應(yīng)立刻設(shè)法消除二次回路故障缺陷。如果二次回路也正常，此時則應(yīng)檢查瓦斯繼電器。一般來說，輕瓦斯保護(hù)只發(fā)告警信號，并不出口跳變壓器開關(guān)，所以此時的變壓器仍然處于運行狀態(tài)。而瓦斯繼電器裝于變壓器頂部、油枕下方，所以上去檢查時應(yīng)做好安全措施，并設(shè)有專人監(jiān)護(hù)。由于變壓器滲漏油、油位降低以及二次回路故障均不可能引發(fā)氣體匯聚于瓦斯繼電器內(nèi)而引起輕瓦斯保護(hù)動作，所以，如果瓦斯繼電器內(nèi)并無氣體聚集，應(yīng)再次進(jìn)行外觀及次回路檢查，直至找出保護(hù)動作的原因。如若發(fā)現(xiàn)瓦斯繼電器內(nèi)聚集有氣體，則應(yīng)利用繼電器上的排氣口收集瓦斯氣體，送至化驗中心驗明氣體的性質(zhì)，然后根據(jù)得出的分析結(jié)論來選擇是采取繼續(xù)監(jiān)視運行還是立即停運的處理措施。

 

例如：2018年12月，山西大同新建110 kV昊昀變電站1#主變投入運行，昊昀站是50 MW光伏發(fā)電配套的匯集站。投運時是白天，天氣晴好，環(huán)境溫度在-5 ℃左右，經(jīng)沖擊后1#主變順利投運，油位以及油溫均正常。到了晚上，中控后臺突然發(fā)出輕瓦斯保護(hù)告警信號，經(jīng)值班人員檢查發(fā)現(xiàn)，除油枕上油位指示降低外并無其他異常，因此可以確定不是主變壓器故障，而是由于當(dāng)晚氣溫突然降至-26 ℃，且晚上光伏發(fā)電單元也無法運行發(fā)電，主變壓器無負(fù)荷電流，油溫下降造成油位下降，導(dǎo)致主變壓器運行中突然發(fā)出輕瓦斯保護(hù)動作信號，經(jīng)過分析，決定主變壓器保持運行。第二天日出后，光伏陣列恢復(fù)發(fā)電，變壓器負(fù)荷增加，油溫逐漸回升，油位隨之恢復(fù)正常，輕瓦斯保護(hù)告警信號復(fù)歸。

 

4.2 重瓦斯保護(hù)動作的檢查和處理辦法

變壓器正常運行狀態(tài)下，若突然發(fā)出重瓦斯保護(hù)動作跳閘信號，并跳開變壓器各側(cè)開關(guān)，此時，應(yīng)該認(rèn)為變壓器內(nèi)部有非常大的可能發(fā)生了嚴(yán)重故障，這種情況下的處理就應(yīng)當(dāng)十分謹(jǐn)慎了。首先，變電值班人員應(yīng)立即復(fù)歸后臺的事故音響信號，并查看事故報文，了解事故發(fā)生的情況：斷路器跳閘的時間、后臺記錄的保護(hù)報文以及故障錄波裝置上斷路器跳閘時變壓器各側(cè)電壓、電流波形的波動情況；然后去現(xiàn)場檢查故障變壓器：檢查變壓器各側(cè)開關(guān)是否確已跳開，檢查殼體是否變形，焊縫是否開裂滲漏油，是否噴油或冒煙，檢查實際油溫、油位是否正常，繼電器內(nèi)有無氣體；檢查完畢后再到運行后臺和保護(hù)測控屏處檢查各電壓等級的母線PT的電壓是否正常。如果能確定是由內(nèi)部故障引發(fā)的重瓦斯保護(hù)動作，則當(dāng)值運行人員應(yīng)立刻通知相關(guān)專業(yè)人員收集本體油樣及瓦斯繼電器內(nèi)聚集氣體的氣樣、油樣，分別做氣相色譜分析。若上述檢查均正常，則應(yīng)檢查瓦斯保護(hù)二次回路是否存在故障，直流系統(tǒng)

絕緣是否存在接地故障，以此來判斷是否是保護(hù)誤動或者斷路器誤動。

 

5 結(jié)語

一般而言，在變壓器運行過程中，由瓦斯保護(hù)動作引起的跳閘事故產(chǎn)生的后果比較嚴(yán)重。因此，為了保障電力系統(tǒng)的供電可靠性及穩(wěn)定性，作為變電運行人員，對發(fā)生瓦斯保護(hù)動作的原因必須牢固掌握，這樣，當(dāng)發(fā)生瓦斯保護(hù)動作信號時，才能根據(jù)動作現(xiàn)象，查明動作的真正原因，作出正確的判斷，并立即采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理，避免事故繼續(xù)擴(kuò)大，或防止未來發(fā)生事故，確保變壓器能夠安全穩(wěn)定運行。

 

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