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

 

引言

近年來，由變壓器瓦斯保護動作而引起的變壓器開關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)定性均受到了嚴重的影響。因此，調(diào)試技術人員及變電運行人員必須掌握變壓器瓦斯保護動作產(chǎn)生的原因，才能預防故障的產(chǎn)生或者針對產(chǎn)生的故障進行檢查和處理。

 

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、導線焊接不良或分接開關接觸不良、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，通過保護二次回路的接通來啟動非電量保護裝置，并及時發(fā)出信號告警，然后跳開變壓器各側開關，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設置有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氣體繼電器結構圖，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。

 

當變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴重故障（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。擋板翻轉帶動磁鐵11與干簧管13靠近，直至觸碰，接通保護跳閘回路，跳開變壓器各側開關并發(fā)出重瓦斯動作信號（圖3）。

 

3 瓦斯保護動作原因分析

有多種原因能引起變壓器瓦斯保護動作，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 空氣進入變壓器

空氣進入變壓器后引起瓦斯保護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行真空脫氣處理，又或是注油過程未嚴格按照真空注油工藝進行，都會使空氣進入油箱。當變壓器正常運行時，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，其通過呼吸器進入油箱，通過本體循環(huán)匯聚至瓦斯繼電器，進而引起輕瓦斯信號動作。

（3）變壓器進行強油循環(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)生微負壓的，空氣會經(jīng)由密封不良的縫隙處進入變壓器本體循環(huán)，并逐漸匯聚上升至瓦斯繼電器，進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，引起瓦斯保護動作。

 

3.3 環(huán)境溫度驟降

變壓器在進行真空注油時，一般會根據(jù)當?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有信號接點接線端子，通過控制電纜接入非電量保護裝置（重瓦斯信號接點串入斷路器跳閘回路）。當發(fā)生接線盒中進水、控制電纜絕緣損壞短路、變壓器本體端子箱或保護屏端子排接點短路等情況時，可能導致動作信號觸點閉合，引起保護動作。

 

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)壓分接開關接觸不良、套管內(nèi)部故障等。這些原因均可能導致變壓器發(fā)熱，甚至產(chǎn)生電弧，進而促使變壓器油發(fā)生分解，引起保護動作跳閘。

 

4 瓦斯保護動作后的檢查處理方法

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

 

4.1 輕瓦斯保護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，變電站值班人員應首先將音響信號復歸，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行檢查。值班人員應逐步進行檢查判斷：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，應立即匯報并采取相應的堵漏處理措施；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，則應立刻設法消除二次回路故障缺陷。如果二次回路也正常，此時則應檢查瓦斯繼電器。一般來說，輕瓦斯保護只發(fā)告警信號，并不出口跳變壓器開關，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，所以上去檢查時應做好安全措施，并設有專人監(jiān)護。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)而引起輕瓦斯保護動作，所以，如果瓦斯繼電器內(nèi)并無氣體聚集，應再次進行外觀及次回路檢查，直至找出保護動作的原因。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，主變壓器無負荷電流，油溫下降造成油位下降，導致主變壓器運行中突然發(fā)出輕瓦斯保護動作信號，經(jīng)過分析，決定主變壓器保持運行。第二天日出后，光伏陣列恢復發(fā)電，變壓器負荷增加，油溫逐漸回升，油位隨之恢復正常，輕瓦斯保護告警信號復歸。

 

4.2 重瓦斯保護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)出重瓦斯保護動作跳閘信號，并跳開變壓器各側開關，此時，應該認為變壓器內(nèi)部有非常大的可能發(fā)生了嚴重故障，這種情況下的處理就應當十分謹慎了。首先，變電值班人員應立即復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、后臺記錄的保護報文以及故障錄波裝置上斷路器跳閘時變壓器各側電壓、電流波形的波動情況；然后去現(xiàn)場檢查故障變壓器：檢查變壓器各側開關是否確已跳開，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)的重瓦斯保護動作，則當值運行人員應立刻通知相關專業(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，則應檢查瓦斯保護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誤動或者斷路器誤動。

 

5 結語

一般而言，在變壓器運行過程中，由瓦斯保護動作引起的跳閘事故產(chǎn)生的后果比較嚴重。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)生瓦斯保護動作的原因必須牢固掌握，這樣，當發(fā)生瓦斯保護動作信號時，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，并立即采取相應的措施進行處理，避免事故繼續(xù)擴大，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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