一起變壓器重瓦斯動(dòng)作引發(fā)的思考

宋述勇，郝 偉，張 悅

（山西電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

一起變壓器重瓦斯動(dòng)作引發(fā)的思考

宋述勇，郝 偉，張 悅

（山西電力科學(xué)研究院，山西 太原 030001）

以某變電站一臺(tái)變壓器因油位降低導(dǎo)致重瓦斯動(dòng)作為例，通過對(duì)比分析國內(nèi)外不同類型的瓦斯繼電器結(jié)構(gòu)和工作原理，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)分析，對(duì)此次瓦斯繼電器動(dòng)作情況給出明確結(jié)論，并舉一反三提出了關(guān)于瓦斯繼電器的若干建議。

重瓦斯；輕瓦斯；油位；浮筒；擋板

大學(xué)電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)，碩士，高級(jí)工程師，從事繼電保護(hù)試驗(yàn)及研究工作；

郝 偉（1979-），男，山西太原人，2008年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)，碩士，工程師，從事繼電保護(hù)調(diào)試工作；

張 悅（1965-），女，山西太原人，1988年畢業(yè)于太原工業(yè)大學(xué)電力分校電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，高級(jí)工程師，從事繼電保護(hù)仿真研究工作。

0 引言

2011年，500kV某變電站1號(hào)主變壓器油位降低，先后發(fā)出油位降低和輕瓦斯信號(hào)，后本體重瓦斯保護(hù)動(dòng)作掉閘，跳開1號(hào)主變壓器三側(cè)斷路器主變，主變電氣量保護(hù)未動(dòng)作，故障錄波顯示，三側(cè)電流對(duì)稱、無突變，保護(hù)裝置信號(hào)、后臺(tái)機(jī)光字均正確。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，二次回路和變壓器本體無異常，變壓器B相油位極低。初步判斷是油位降低引起重瓦斯跳閘。油位降低能導(dǎo)致重瓦斯跳閘是正確的，其他文獻(xiàn)中也經(jīng)常提到，但關(guān)鍵是取決于瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)。

目前國內(nèi)瓦斯繼電器大多采用擋板型繼電器，其信號(hào)回路接上開口杯，跳閘回路接下?lián)醢濉Ｄ敲床捎眉儞醢褰Y(jié)構(gòu)的瓦斯繼電器是否也能保護(hù)油位降低呢？在此次事故分析中，瓦斯繼電器保護(hù)油位降低的問題引起了大家的重視和關(guān)注。

1 瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)分類和工作原理

目前，電力變壓器大多數(shù)是油浸式變壓器。“瓦斯繼電器是變壓器內(nèi)部故障的主要保護(hù)元件，對(duì)變壓器匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、繞組內(nèi)部斷線、分接開關(guān)接觸不良及絕緣劣化和油面下降等故障均能靈敏動(dòng)作。但不能反映油箱外部電路(如引出線上)的故障。”這是文獻(xiàn)或論文中經(jīng)常論述瓦斯繼電器時(shí)提到的，但是很少有文獻(xiàn)提到瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)不同，保護(hù)油位降低的功能也不同。下面先了解瓦斯繼電器的基本動(dòng)作原理。

當(dāng)油浸式變壓器的內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，由于電弧將使絕緣材料分解并產(chǎn)生大量的氣體，其強(qiáng)烈程度隨故障的嚴(yán)重程度而不同。瓦斯保護(hù)就是利用反應(yīng)變壓器內(nèi)部氣體狀態(tài)的瓦斯繼電器（又稱氣體繼電器）來保護(hù)變壓器。它安裝在油箱與油枕之間的聯(lián)接管中，油箱內(nèi)的氣體可通過瓦斯繼電器流向油枕。

1.1 瓦斯繼電器的分類

目前，國內(nèi)外采用的瓦斯繼電器有三種形式:浮筒式、擋板式和復(fù)合式(FJ3-80和QJ-80型)。國外的瓦斯繼電器多為浮筒式結(jié)構(gòu)（EMB型），采用雙浮子結(jié)構(gòu)；國內(nèi)采用的多為上開口杯下?lián)醢褰Y(jié)構(gòu)（擋板和浮筒工作原理相同）。下面詳細(xì)介紹這兩種結(jié)構(gòu)的瓦斯繼電器動(dòng)作原理。先分析該變電站采用的德國產(chǎn)的EMB雙浮子結(jié)構(gòu)瓦斯繼電器動(dòng)作原理。

1.2 雙浮子瓦斯繼電器結(jié)構(gòu)及工作原理

在通常工作狀態(tài)下，瓦斯繼電器充滿了絕緣液體。由于浮力，浮子處在最高位置。當(dāng)變壓器內(nèi)部出現(xiàn)如下幾種故障時(shí)，瓦斯繼電器將會(huì)做出如下的反應(yīng)[1]。

a）第一種情況，氣體積累，如圖1所示。故障：在絕緣液中有自由氣體。反應(yīng):液體中的氣體上升，聚集在瓦斯繼電器內(nèi)并擠壓絕緣液。隨著液面的下降，上浮子也一同下降。通過浮子的運(yùn)動(dòng)，將帶動(dòng)一個(gè)開關(guān)元件（磁性開關(guān)管），由此啟動(dòng)報(bào)警信號(hào)。但下浮子不受影響，因?yàn)橐欢康臍怏w是可以通過管道向儲(chǔ)液罐流動(dòng)。

圖1 氣體積累工作原理

b）第二種情況，絕緣液流失，如圖2所示。故障：由于滲漏造成絕緣液流失。反應(yīng)：隨著液體水平面的下降，上浮子也同時(shí)下沉，此時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)液體繼續(xù)流失，儲(chǔ)液罐、管道和瓦斯繼電器被排空。隨著液體水平面的下降，下浮子下沉。通過浮子的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)一個(gè)開關(guān)元件，由此切斷連接變壓器的電源。

圖2 絕緣液流失工作原理

c） 第三種情況，絕緣液故障，如圖3所示。故障：由于一個(gè)突發(fā)性的不尋常事件，產(chǎn)生了向儲(chǔ)液罐方向運(yùn)動(dòng)的壓力波流。反應(yīng)：壓力波流沖擊安裝在流動(dòng)液體中的擋板，壓力波流的流速超過擋板的動(dòng)作靈敏度，擋板順壓力波流的方向運(yùn)動(dòng)，開關(guān)元件因此被啟動(dòng)，由此變壓器跳閘。

圖3 絕緣液故障工作原理

1.3 復(fù)合式瓦斯繼電器結(jié)構(gòu)及工作原理

擋板式瓦斯繼電器是將浮筒式瓦斯繼電器的下浮筒換成擋板，而上浮筒仍保留，目前越來越多地用開口杯代替浮筒，而復(fù)合式瓦斯繼電器采用擋板加開口杯結(jié)構(gòu)。如圖4所示。

圖4 復(fù)合式瓦斯繼電器的結(jié)構(gòu)

a）正常運(yùn)行時(shí)，繼電器內(nèi)充滿了油，上、下開口杯都浸在油內(nèi)。由于開口杯及附件在油內(nèi)的重力所產(chǎn)生的力矩比平衡錘產(chǎn)生的力矩小，因此，開口杯處于上升位置，磁力接點(diǎn)斷開。

b）當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障時(shí)，產(chǎn)生較少的氣體（稱輕瓦斯），此氣體上升到油面并聚集在繼電器上方，使油面下降，上開口杯露出油面。上開口杯及附件在空氣中的重力加上杯內(nèi)油的重量，所產(chǎn)生的力矩大于平衡錘所產(chǎn)生的力矩，因此，開口杯順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)磁鐵，使上方的磁力接點(diǎn)接通，發(fā)出延時(shí)輕瓦斯信號(hào)。

c）變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，產(chǎn)生大量的氣體（稱重瓦斯），由于這些氣體的膨脹使油面上升，因油箱與油枕的聯(lián)接管道較油箱細(xì)得多，故其中油的流速將很大，形成強(qiáng)烈的油流，沖擊擋板帶動(dòng)下開口杯轉(zhuǎn)動(dòng)，使下磁力接點(diǎn)接通，發(fā)出斷路器跳閘脈沖。

d）當(dāng)變壓器嚴(yán)重漏油而使油面極低時(shí)，造成瓦斯繼電器儲(chǔ)油器內(nèi)的油面不斷下降，先形成上開口杯轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)生輕瓦斯信號(hào)，隨后，油面繼續(xù)下降，下開口杯轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)生斷路器跳閘脈沖。

1.4 不同結(jié)構(gòu)瓦斯繼電器的不同特點(diǎn)

通過上述介紹可知，擋板式的擋板結(jié)構(gòu)不隨油面下降而動(dòng)作，而是在油的流速達(dá)到定值時(shí)才動(dòng)作，所以擋板式瓦斯繼電器遇到油面下降或嚴(yán)重缺油時(shí)，不會(huì)造成重瓦斯跳閘；而開口杯和浮子的工作原理相同；國外采用的浮筒式瓦斯繼電器和國內(nèi)采用的復(fù)合式瓦斯繼電器工作原理基本相同，都能反映油位降低異常現(xiàn)象。

2 分析結(jié)論和應(yīng)采取的措施

該500kV變電站1號(hào)主變壓器本體重瓦斯保護(hù)動(dòng)作事故經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查分析認(rèn)為，變壓器B相油位降低是導(dǎo)致重瓦斯跳閘出口的原因，符合重瓦斯繼電器工作原理，變壓器非電量保護(hù)正確動(dòng)作。

此次事故中，在油位降低和輕瓦斯相繼報(bào)警的情況下，運(yùn)行人員未能及時(shí)查明原因并采取措施，最終導(dǎo)致重瓦斯跳閘出口，對(duì)電網(wǎng)造成一定影響。幸虧該變電站采用了雙浮子結(jié)構(gòu)的瓦斯繼電器，對(duì)運(yùn)行人員的錯(cuò)誤判斷起到了彌補(bǔ)作用，如果該變電站采用純擋板型瓦斯繼電器，那后果不堪設(shè)想。本著舉一反三的原則，充分吸取此次事故的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，建議做好如下工作。

a）變壓器瓦斯繼電器宜采用雙浮筒或復(fù)合式結(jié)構(gòu)，以保護(hù)變壓器油位降低異常現(xiàn)象，新投產(chǎn)的變壓器應(yīng)把好瓦斯繼電器選型關(guān)。

b）對(duì)于已投入運(yùn)行的變壓器，各單位應(yīng)統(tǒng)計(jì)管轄范圍內(nèi)瓦斯繼電器的型號(hào)和結(jié)構(gòu)，采用擋板類瓦斯繼電器的變壓器宜結(jié)合變壓器大小修更換為雙浮子或復(fù)合型瓦斯繼電器，避免變壓器油位嚴(yán)重降低時(shí)不能切斷變壓器電源。

c）應(yīng)加強(qiáng)變壓器油位（儲(chǔ)油柜等處） 的精確監(jiān)測(cè)，若發(fā)現(xiàn)油位異常或油位低報(bào)警，應(yīng)及時(shí)采取措施，確保變壓器油位處于正常水平。

d）嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)程，加強(qiáng)瓦斯繼電器和油位計(jì)的定值整定和定期檢驗(yàn)工作，保證非電量保護(hù)的可靠正確動(dòng)作。

Reflection on the Heavy Gas Relay Action of a Transformer

SONG Shu-yong，HAO Wei，ZHANG Yue
（Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi030001，China）

Taking heavy gas protection action caused by lowered oil level of a transformer as an example,different types of gas relay home and abroad are compared and analyzed in terms of the structure and working principles.Based on the analysis of field test，the situation of gas protection action is summarized and suggestions are put forward on gas relay protection.

heavy gas；light gas；oil level；float；baffle

TM772

B

1671-0320（2012）05-0014-03

2012-06-30，

2012-07-16

宋述勇（1971-），男，山西交城人，1995年畢業(yè)于武漢