主變壓器瓦斯保護(hù)的安全運(yùn)行探討

劉勝軍

(江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 南京 210008)

瓦斯保護(hù)是電力變壓器本體最重要的保護(hù)之一。根據(jù)規(guī)定，容量在800 kV·A 及以上的電力變壓器均應(yīng)裝設(shè)氣體繼電器作為電力變壓器主保護(hù)的非電量保護(hù)。該保護(hù)能反映變壓器油位下降、絕緣擊穿、部件受潮發(fā)熱或者局部放電等故障，對變壓器內(nèi)部故障，特別是輕微的匝間短路有比差動保護(hù)更高的靈敏度，目前還沒有可以取代它的保護(hù)。變壓器使用的氣體繼電器型號很多，目前大量采用QJl-25、50、80，QJ2-80 等型號，同時還有部分國外進(jìn)口的EMB、COMEN 等公司的產(chǎn)品。

1 瓦斯繼電器動作情況

1.1 事故概況

某500 kV 變電站因HGIS 設(shè)備5003 開關(guān)C相主變側(cè)50032 刀閘氣室內(nèi)發(fā)生單相接地故障，造成500 kV 3 號變壓器跳閘，同時在短路電流的沖擊下500 kV 2 號主變重瓦斯誤動作。系統(tǒng)故障前的運(yùn)行方式如圖1 所示。

圖1 故障前的運(yùn)行方式

1.2 事故分析

事故發(fā)生后，繼電保護(hù)動作情況為：3 號主變第1 套(第2 套)縱差、分差速斷動作，2 號主變本體重瓦斯動作，故障相別均為C 相。一次設(shè)備現(xiàn)場檢查情況為：2 號主變C 相瓦斯繼電器內(nèi)重瓦斯浮球落下(說明重瓦斯保護(hù)動作)，3 號主變5003 開關(guān)HGIS 設(shè)備氣體壓力指示、外觀均正常。故障錄波得到的故障電流幅值與分布如圖2 所示。

圖2 故障電流幅值與分布

初步判斷故障點(diǎn)位于3 號主變高壓側(cè)C 相套管流變與HGIS 設(shè)備之間，屬于差動保護(hù)區(qū)內(nèi)故障，2 套差動保護(hù)均正確動作。2 號主變故障電流約為額定電流的2 倍，屬穿越性電流，2 號主變未發(fā)生故障，而是在3 號主變HGIS 設(shè)備故障時發(fā)生了不正確動作。

故障后2 h，檢修人員對油樣進(jìn)行了精確分析。結(jié)果為：2 號主變C 相各項指標(biāo)均在合格范圍內(nèi)，50032 隔離開關(guān)C 相氣室內(nèi)的SO2值明顯大于5003 斷路器C 相氣室，A、B 兩相均未檢出分解物。據(jù)此判斷，故障點(diǎn)在50032 的C 相隔離開關(guān)氣室內(nèi)部，C 相斷路器氣室內(nèi)的SO2是由于開斷短路電流產(chǎn)生的(事后對50032 隔離開關(guān)解體后發(fā)現(xiàn)絕緣拉桿被擊穿可以證明這點(diǎn))。

2 瓦斯繼電器動作原因分析

2.1 瓦斯繼電器工作原理

2 號主變配備有德國EMB 公司生產(chǎn)的BF80/10/8 型瓦斯繼電器。該型號瓦斯繼電器安裝在變壓器主油箱和油枕之間的連管上，為雙浮球結(jié)構(gòu)，雙浮球氣體繼電器的下浮子位于其油流主通道上部。正常運(yùn)行時，氣體繼電器內(nèi)充滿變壓器油，2個浮子浮起，位于其最上部。該類型的氣體繼電器有3 種保護(hù)功能：

(1)輕瓦斯動作(報信號)；

(2)重瓦斯動作(正常運(yùn)行中投跳閘)；

(3)低油面動作(與重瓦斯共用接點(diǎn)，正常運(yùn)行中投跳閘)。

當(dāng)變壓器內(nèi)部輕微故障，燃弧產(chǎn)生氣體，氣體上升，迫使油位下降，上浮球(輕瓦斯)下沉，使接點(diǎn)動作發(fā)出輕瓦斯動作信號，如圖3 所示。

圖3 輕瓦斯動作示意

當(dāng)變壓器嚴(yán)重漏油使上浮球(輕瓦斯)和下浮球(重瓦斯)下沉，導(dǎo)致氣體繼電器的信號和跳閘接點(diǎn)都動作，發(fā)出輕瓦斯動作信號并跳開主變各側(cè)的斷路器，具體情況如圖4 所示。

當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障，燃弧產(chǎn)生大量氣體，迫使油流涌動，沖擊擋板并克服下浮球的制動力矩，使跳閘(重瓦斯)接點(diǎn)動作并跳開主變各側(cè)的斷路器，具體動作如圖5 所示。

圖4 輕瓦斯聯(lián)跳斷路器動作示意

圖5 重瓦斯聯(lián)跳斷路器動作示意

2.2 瓦斯繼電器誤動作分析

根據(jù)2 號主變重瓦斯動作后對一、二次設(shè)備的檢查情況，可以排除瓦斯繼電器絕緣受潮或二次接線錯誤引起保護(hù)動作的情況。同時，對變壓器本體進(jìn)行檢查以及對變壓器油取樣進(jìn)行色譜分析，可以判斷變壓器本體內(nèi)部無造成重瓦斯動作的短路放電現(xiàn)象。2 號主變瓦斯繼電器浮球外觀如圖6 所示。

圖6 2 號主變瓦斯繼電器浮球外觀

左邊的輕瓦斯浮球呈白色，右邊的重瓦斯浮球滲油現(xiàn)象嚴(yán)重，呈黃色。重瓦斯浮球內(nèi)因滲油導(dǎo)致其浮力(即制動力)下降，使得繼電器更容易動作(動作值為0.23 m/s，整定值為1.0 m/s)。合閘沖擊、穿越性故障電流等因素均會引起變壓器內(nèi)部油流涌動進(jìn)而造成瓦斯繼電器誤動。特別是強(qiáng)油循環(huán)的變壓器或者負(fù)荷較重的變壓器，上下層溫差迫使變壓器內(nèi)部油流的速度加快，在正常運(yùn)行中都有可能會造成瓦斯繼電器誤動。

本事故正是由于3 號主變50032 氣室擊穿后，因滲油的浮球制動力大幅度下降，2 號主變220 kV側(cè)經(jīng)由2 號主變流向故障點(diǎn)的穿越性電流造成油流涌動或震動，導(dǎo)致了2 號主變C 相氣體繼電器誤動，且動作后由于浮球內(nèi)滲油使得重氣體繼電器不能返回。

2.3 瓦斯保護(hù)動作的幾種情況

(1)空氣進(jìn)入變壓器。在對變壓器進(jìn)行換油、補(bǔ)充油工作，更換呼吸器硅膠工作，或者強(qiáng)油循環(huán)變壓器潛油泵密封不良時，如果有空氣進(jìn)入變壓器內(nèi)部，就有可能使輕瓦斯保護(hù)動作。變壓器內(nèi)部有較輕微故障產(chǎn)生(如放電或過熱)時，也會引起輕瓦斯保護(hù)動作。

(2)發(fā)生穿越性短路故障。變壓器發(fā)生穿越性短路故障時，在故障電流作用下，油隙間的油流速度加快，當(dāng)油隙內(nèi)和繞組外側(cè)的壓力差變大時，瓦斯繼電器就可能發(fā)生誤動作。此外，穿越性故障電流還會使繞組發(fā)熱，當(dāng)故障電流倍數(shù)很大時，繞組溫度上升很快，使油的體積膨脹，造成瓦斯繼電器誤動作。

(3)二次回路短路。瓦斯繼電器二次信號回路發(fā)生故障時，包括信號電纜絕緣損壞短路、端子排接點(diǎn)短路，會引起干簧觸點(diǎn)閉合，造成瓦斯繼電器動作。

(4)油位降至瓦斯繼電器以下。環(huán)境溫度驟然下降，變壓器油很快冷縮造成油位降低，或者變壓器本體嚴(yán)重漏油導(dǎo)致變壓器油位降低，即所謂油流引起瓦斯繼電器信號動作。

3 關(guān)于瓦斯保護(hù)運(yùn)行維護(hù)的建議

變壓器在運(yùn)行過程中，瓦斯保護(hù)誤動涉及到設(shè)計制造、運(yùn)行維護(hù)、瓦斯繼電器運(yùn)行的可靠性等多方面因素，因此必須采取有力的措施進(jìn)行全方位、全過程、各環(huán)節(jié)的有效管理，從而最大限度地防止瓦斯保護(hù)的誤動作。

(1)應(yīng)加強(qiáng)變壓器附件(如繼電器、冷卻器、測溫元件等)的選型、驗收工作，尤其是應(yīng)選用抗震性能良好、動作可靠的氣體繼電器。新安裝的瓦斯繼電器、壓力釋放裝置和溫度計等非電量保護(hù)裝置必須經(jīng)校驗合格后方可投入使用。瓦斯繼電器投運(yùn)之前，以及定檢和進(jìn)行其他涉及瓦斯繼電器的工作結(jié)束后，運(yùn)行單位都應(yīng)對基建、檢修(檢驗)部門提交的安裝、試驗技術(shù)方案、檢驗報告和整定參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格仔細(xì)的審核、驗收。

(2)數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，瓦斯繼電器誤動作有30 %是因為絕緣損壞造成的。瓦斯繼電器至變壓器本體端子箱，以及變壓器本體端子箱至繼電保護(hù)跳閘回路，應(yīng)使用絕緣良好，無接頭、無中轉(zhuǎn)，截面積不小于2.5 mm2的電纜連接；同時瓦斯繼電器應(yīng)具備防雨、防震和防誤碰的有效措施。

(3)運(yùn)行中的變壓器瓦斯繼電器，在進(jìn)行下述工作時，應(yīng)將重瓦斯保護(hù)改接信號：

① 變壓器進(jìn)行加油和濾油時；

② 更換變壓器呼吸器硅膠時；

③ 除對變壓器取油樣和在瓦斯繼電器上部打開放氣閥門放氣以外，在其他所有地方打開放氣和放油閥門時；

④ 開閉瓦斯繼電器聯(lián)接管上的閥門時；

⑤ 在瓦斯保護(hù)及其相關(guān)二次回路上工作時。

(4)切實做好主變壓器的日常巡視檢查工作，注意變壓器本體尤其是潛油泵等設(shè)備是否有滲油情況，對發(fā)現(xiàn)的缺陷和隱患及時上報處理。定期對變壓器本體取油樣進(jìn)行色譜分析并對變壓器油含氣量測試，同時做好防止外部空氣滲入變壓器的相關(guān)措施。

4 結(jié)束語

引起主變壓器瓦斯保護(hù)誤動作的原因有很多。對于現(xiàn)場運(yùn)維人員，除了要讓他們掌握瓦斯保護(hù)的工作原理，還應(yīng)加大對他們的培訓(xùn)力度，提高他們在突發(fā)事件時分析、解決問題的能力。只有做到有的放矢，才能夠減少變壓器瓦斯保護(hù)誤動作的發(fā)生，保證主變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1 李 璐，陳正鳴，鄺 石. 氣體繼電器誤動作分析及處 理[J]. 高壓電器，2009，45(6).

2 江慶霞，韓鳳玲，劉 兵. 變壓器瓦斯繼電器動作原因 分析[J]. 內(nèi)蒙古電力，2007(6).