變壓器的瓦斯保護故障分析

呂俊霞，張新春

（河南工業職業技術學院，河南 南陽 473009）

1 引言

瓦斯繼電器是變壓器瓦斯保護的主要元件，它安裝在油箱與油枕之間的連接管中。當變壓器發生內部故障時，由于油的膨脹和所產生的瓦斯氣體會沿著連接管經瓦斯繼電器向油枕中流動，若流動的速度達到一定值時，瓦斯繼電器內部的擋板被沖動，并向一方傾斜，接通跳閘回路或發出信號。

2 保護接線及應用

瓦斯保護接線簡單、動作可靠、靈敏，是反應變壓器所有內部故障的一種重要保護。其原理接線如圖1所示。

圖1 變壓器瓦斯保護原理接線圖

當變壓器內部發生輕微故障，使油位降低時，瓦斯繼電器KG的上接點KG1動作，接通信號繼電器1KS發出信號。當變壓器內部發生嚴重故障，使瓦斯繼電器KG的下接點KG2動作，接通信號繼電器2KS和中間繼電器KM，發出信號并使斷路器跳閘。

容量為1000kVA及以上的變壓器應裝設瓦斯保護。

瓦斯保護邏輯圖如圖2所示，當瓦斯保護觸點動作閉合后，要經延時（如需要瞬動保護，可以將t整定為零）動作與保護出口。

圖2 變壓器瓦斯保護邏輯圖

2.1 瓦斯保護的基本工作原理

油箱內部發生故障（包括輕微的匝間短路和絕緣破壞引起的經電弧電阻的接地短路）時，由于故障點電流和電弧的作用，使變壓器油（通常為25＃絕緣油）及其它絕緣材料因局部受熱而分解產生氣體，因氣體比較輕，它們會從油箱流向油枕的上部。當故障嚴重時，油會迅速膨脹并產生大量的氣體，此時將有劇烈的氣體夾雜著油流沖向油枕的上部，使繼電器的接點動作，接通指定的控制回路，并及時發出信號或自動切除變壓器，構成反應于上述氣體而動作的保護裝置稱為瓦斯保護。舊式瓦斯繼電器（浮筒式水銀接點繼電器）運行不夠穩定，抗振能力差，容易因振動使水銀流動，造成誤動作。而開口杯擋板式瓦斯繼電器具有較高的耐振能力，動作可靠。因此，在我國電力系統中推廣應用的是開口杯擋板式瓦斯繼電器。繼電器在正常運行時，其內部充滿變壓器油，當變壓器內部輕微故障時，變壓器由于分解產生的少量氣體上升并聚集在瓦斯繼電器上部的氣室內，迫使油面亦隨之轉動下降，使得上磁鋼接近于一對干簧接點，動作后發出輕瓦斯故障信號。如果是嚴重故障，產生大量氣體，同時油溫升高，熱油膨脹，箱體內壓力劇增，形成油氣流迅速沖動繼電器下部擋板，使得下磁鋼接近于另一對干簧接點，作用于跳閘。

2.2 瓦斯繼電器的整定

瓦斯繼電器的整定，可通過壓差式流速試驗或者油泵式油速試驗設備進行，起動值按油流速度整定，一般對重瓦斯采用 0.5～1.5m/s，當變壓器有強迫油循環裝置時用1～1.5m/s范圍，無強迫循油循環裝置時用0.6～1m/s范圍；對輕瓦斯采取氣體在繼電器內占有空間的體積來整定，范圍為250～300cm3時發出信號。

3 變壓器瓦斯保護動作跳閘的事故處理辦法

3.1 輕瓦斯保護動作的處理

（1）輕瓦斯保護動作的現象

①預號信號電鈴響式語言報警；

②掉牌、光字牌亮；

③變壓器控制儀表有指示。

（2）輕瓦斯保護動作的處理辦法

①復歸音響；

②密切監視變壓器電流、電壓和溫度的變化；

③檢查直流系統絕緣有無接地，二次回路有無故障；

④檢查油溫、油位、油色是否正常，變壓器內部聲音有無變化，有否滲、漏油現象，油面是否低于瓦斯繼電器等；

⑤如瓦斯繼電器內存在氧化，則應首先排除瓦斯繼電器的氣體，同時收集氣體和進行氣體檢查，如氣體是無色、無臭而不可燃，則變壓器仍可繼續運行；若氣體是白色、淡黃色、帶強烈臭味或者是灰色、黑色可燃，都說明了變壓器內部發生故障，則應取油樣化驗其閃點，若其閃點較前次低5℃以上時，應停運變壓器，并聯系檢修進行內部檢查。

⑥若瓦斯動作是因變壓器油位低會漏油造成，則必須采取阻止漏油的措施并補油，必要時，應停電處理。

⑦加強運行監視，重瓦斯保護必須投入運行。

3.2 重瓦斯保護動作的處理

（1）重瓦斯保護動作現象

①蜂鳴器響或語言報警；

②變壓器繼電器指示燈綠燈亮；

③變壓器控制儀表指示為零；

④重瓦斯信號繼電器動作指示，掉牌或指示燈指示。

（2）重瓦斯保護動作處理

①如有備用變壓器應立即投入運行；

②檢查變壓器油溫、油色、油位是否正常，瓦斯繼電器內有無氣體，油面是否正常，防爆筒隔膜是否破裂或壓力釋放器是否動作，有無噴油和噴煙現象；

③拉開變壓器一、二側隔離開關測量繞組絕緣；

④若上述檢查均正常，則應檢查直流系統絕緣是否接地，二次回路是否有故障，以判斷保護是否誤動或者斷路器誤動；

⑤收集瓦斯繼電器的氣體進行鑒別（同輕瓦斯保護動作處理⑤條）；

⑥復歸重瓦斯保護動作信號，將變壓器解除備用并做好安全檢修措施，通知檢修人員處理。

4 變壓器瓦斯保護故障分析

油浸式變壓器是利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質的。當變壓器內部發生故障時，故障點局部發生高溫，將使油溫升高，體積相對膨脹，在短路電流和短路點電弧作用下，絕緣油和其他絕緣材料會因為受熱而分解，產生的氣體升到變壓器頂端。變壓器故障嚴重的程度與故障性質有關，故障越嚴重，產生的氣體來動作的保護裝置稱為瓦斯保護。目前，我國采用的氣體繼電器主要是擋板式。

4.1 故障現象及檢修

案例1：一臺2000kVA變壓器，正常定期檢修。保護調試電壓試驗結束后，對主變壓器本體進行清掃堅固，是使用清洗泵對主變壓器進行清洗除灰的。所有工作結束后，變壓器開始投運，但變壓器運行幾分鐘就因瓦斯動作跳閘。經分析檢查，在清洗泵清洗本體時，瓦斯繼電器沒有采取防水措施，加之瓦斯繼電器接點接線盒密封不好，導致進水，正常重瓦斯接點導通，誤將主變壓器重瓦斯跳閘。

案例2：2002年11月6日，天氣晴到多云，ZN（110kV）變電站直流屏非常“直流系統接地”告警信號不能復歸。

繼電保護人員達到現場后，首先測試直流系統對地電壓，正極對地為“0V”，負極對地為“－220V”，判斷為直流系統正極金屬性直接接地故障。

采用選線方式將各線保護、控制電源熔斷器逐個取下，并同時觀察“直流系統接地”信號變化情況，試驗見“直流系統接地”告警信號未能消失，判斷直流接地與各線路的保護、控制電源無關。繼續選線，當取下1＃主變壓器保護電源熔斷器時，“直流系統接地”信號消失，確定直流接地發生在1＃主變壓器保護回路中。

用解列二次接線逐級排除的方法，先室外后室內。在1＃主變壓器保護屏端子排上，當解列保護屏至1＃主變壓器端子箱的回路編號為“01”電纜芯線時，“直流系統接地”告警信號消失。再在1＃主變壓器端子箱內分別解列端子箱至有關各附件的回路編號“01”電纜芯線，當解列至有載調壓瓦斯繼電器的“01”電纜芯線時，“直流系統接地”信號消失，判斷1＃主變壓器有載調壓瓦斯繼電器二次回路有直流接地點。

電力調度人員將1＃主變壓器負荷全部轉移到2＃主變壓器，并操作1＃主變壓器停電和做好安全措施。隨后將1＃主變壓器及三次側斷路器控制電源端子箱全部取下，解列開有載調壓瓦斯繼電器二次電纜接線，搖測1＃主變壓器端子箱至有載調壓瓦斯繼電器電纜芯線對地絕緣電阻值，都為100MΩ以上，說明電纜芯線絕緣良好。再搖測有載瓦斯繼電器接線柱，見原接入回路編號為“01”的電纜芯線接線柱對地絕緣電阻值為0MΩ，從而判斷有載調壓瓦斯繼電器內部組件的二次回路接地。

將有載調壓瓦斯繼電器內及其油枕變壓器油放出，并用備用容器盛裝好，做好防潮措施，然后斷開瓦斯繼電器，發現重瓦斯繼干簧觸點的玻璃管已全部破碎，其中至回路編號為“01”電纜芯線接線柱的干簧觸點片搭落在固定觸點的金屬架上，另一干簧觸點片懸空。若是兩觸點片碰撞或同時接地，將引至1＃主變壓器“有載調壓重瓦斯”保護誤動作，會誤跳1＃主變壓器三側斷路器，后果嚴重。

一次設備檢修人員將合格的備用瓦斯繼電器迅速送到現場，更換有載調壓瓦斯繼電器，恢復其二次接線，在1＃主變壓器端子箱內再搖測端子排上回路編號為“01”電纜芯線的二次回路對地絕緣，絕緣電阻值為180MΩ。投入1＃主變壓器保護電源及三次側斷路器控制電源熔斷器，“直流系統接地”告警信號消失，測試直流系統對地電壓，正極對地為“＋110V”，負極對地為“－112V”，判斷為直流系統接地故障處理完畢。隨后對有載調壓瓦斯繼電器及其有載調壓裝置油枕內注入變壓器油，經驗收和操作，變電站恢復正常運行。

4.2 故障結論

由于ZN變電站1＃主變壓器有載調壓瓦斯繼電器內重瓦斯干簧點的玻璃管破碎，使干簧觸點失去支撐，接入直流電源正極的干簧觸點片搭落在固定觸點的金屬架上，導致直流電源正極金屬直接接地故障。

4.3 防范措施

各變電站如發生直流系統接地故障，應迅速前往處理，嚴防直流系統接地故障擴大為供電事故，避免造成重大損失。

檢查直流系統接地故障時，應使用合格的工器具，嚴防工作中人為造成直流系統兩點接地，使保護裝置或熔斷器發生誤動作。

［1］史國生.電氣二次回路及其故障分析［M］.北京：化學工業出版社，2009.

［2］張希泰，陳康龍.二次回路識圖及故障查找與處理［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.

［3］李本勝.繼電保護裝置故障診斷與維修［M］.北京：化學工業出版社，2010.

［4］變壓器的瓦斯保護及其日常維護注意事項.電子發燒友網.

［5］變壓器瓦斯保護動作跳閘的事故處理方法.http：/qdpower.blogbus.com /.