一種瓦斯繼電器校驗裝置的理論研究

摘 要：按照中華人民共和國電力行業標準DL/T 504-94 QJ-25/50/80 型氣體繼電器校驗規程的規定，設計了一種簡易變壓器氣體繼電器校驗裝置，并進行了相關的理論研究推導。

關鍵詞：氣體繼電器；變壓器；校驗裝置

1 瓦斯保護原理

氣體繼電器是變壓器內部故障的主要保護元件，對變壓器匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內部故障、繞組內部斷線及絕緣劣化和油面下降等均能靈敏動作。變壓器正常運行時，繼電器內一般是充滿變壓器油的。如果變壓器內部發生輕微故障，內部變壓器油分解產生氣體聚集在上部氣室內，使得其油面下降，當下降到某一限定位置時便產生動作于信號；若變壓器因漏油而使油面降低，同樣動作于信號。這便是經常所說的“輕瓦斯”。如果變壓器內部發生嚴重故障，油箱內壓力瞬間升高，形成油的浪涌，在連接管路中產生一定流速的油流，當該瞬時流速達到或超過設定值時動作于跳閘，切斷與變壓器連接達到所有電源，保護變壓器。這就是經常所說的“重瓦斯”。

2 裝置結構預想

對于三項檢測試驗而言，“重瓦斯”試驗是最為復雜的，需要有一個簡單的測量方法與流速計算模型。因此，新裝置考慮使用U形管的原理，讓油面自然回流到充滿氣體繼電器腔體，然后，通過固定容積的壓縮空氣儲存氣缸、一個能快速開啟的壓縮空氣釋放閥和一個較大的緩沖腔體，將壓縮空氣能量快速、穩定的釋放到油面上，使油體產生流速。具體結構構想如圖1所示：

3 數學模型建立

本裝置工作時使用的是壓縮空氣，為簡化計算過程，做如下假定：（1）緩沖腔內的氣體狀態時均勻的，緩沖腔內各點的壓力、溫度完全相同。（2）壓縮空氣為理想氣體，比熱、內能僅與氣體溫度有關。（3）氣體流入緩沖腔為準穩定流動。（4）進口的動能忽略不計。（5）裝置工作過程中無泄漏。

在上述假定下，對于該熱力學系統在裝置工作過程中氣體狀態變化應滿足以下能量守恒方程：

dU=dQ+dW+hEdmE （1）

式中：U-氣體內能；Q-通過系統邊界交換的熱量；W-機械功； hE-進氣氣體比焓；mE-進氣氣體質量；

一般情況下，緩沖腔內氣體的比內能u和質量m同時變化，因此有：

這樣便組成了本裝置的熱力學模型，可以求解裝置內油體任一瞬時速度時緩沖腔內的壓力P、溫度T和質量m。由于我們只需判定氣體能量釋放后油體加速沖動擋油板的單一過程，只需考慮儲氣缸和緩沖腔內氣體的初態和終態，所以，假設溫度T不變，為室溫值，知道初態和終態壓力P和質量m的情況下，容易反推出油體的瞬時速度。

4 結束語

通過本文研究的瓦斯繼電器校驗裝置，利用數學建模推導出的壓力——流速試驗曲線，能達到縮小裝置體積，操作簡單，精確完成瓦斯繼電器的重瓦斯校驗試驗的目的，在便攜式現場測試設備研究領域具較大意義，有較高的經濟效益。

參考文獻

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