淺析主變壓器氣體繼電器故障性質的判別及處理

摘要：對主變壓器氣體繼電器的保護是保證電網正常運行的關鍵。文章依照以往工作經驗，分析了氣體繼電器存在的主要缺陷和產生原因，闡述了繼電器的維護技術，并就如何正確使用繼電器提出了一系列切實可行的建議，以提高安全系數。

關鍵詞：主變壓器；氣體繼電器；故障性質判別；改進措施；電網運行 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM407 文章編號：1009-2374（2016）12-0125-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.058

1 概況

大型電力變壓器最重要的非電量保護裝置非氣體繼電器莫屬。以往事實表明，如果變壓器裝有氣體繼電器，當變壓器發生絕緣性快速分解或是變壓器本體發生放電性故障時，氣體繼電器往往最先做出反應。它能有效減少變壓器故障帶來的損失。目前市面上主要出售QJ-25、QJ-50、QJ-80等幾種改進的QJ系列的氣體繼電器，它們的基本結構相同，用哪一種都能起到同樣保護的效果。此類產品的型號、規格及技術要求等問題在《氣體繼電器》（JB/T9647-1999）中有詳細說明。QJ系列氣體繼電器在速動油壓繼電器、皮托繼電器、BR-1型等進口繼電器中也有采用。遺憾的是，到現在為止，技術工程師仍然沒有找到一種非電量保護裝置可以取代氣體繼電器在大型變壓器的設置。

氣體繼電器是如何運行并起到保護作用？以下做簡要分析。當變壓器內部發生輕微非正常現象時，油分解產生的氣體會迅速升到繼電器的上部，達到飽和程度時，上開口杯會下降到繼電器的磁鐵與干簧接點吸合的位置，這時氣體繼電器就會發出輕瓦斯信號。注意區分當油位降低時，也會迫使輕瓦斯發出求救信號。絕緣油會在變壓器發生故障時自動大量分解，并迅速翻騰浪涌，如果油流速度達到氣體繼電器啟動定值，油流就會沖擊拍打油管內的擋板，當達到一定程度時，繼電器上的磁鐵會與干簧接點吸合，發出重瓦斯信號，重瓦斯發生作用，切斷故障。當然，氣體繼電器也有失誤時，本文主要對繼電器的非正常運作情況進行分析總結，歸納其產生失誤的原因，同時提出改進措施。為正常使用繼電器，使重瓦斯發生動作，有效規避風險提供參考。

2 氣體繼電器故障分析

氣體繼電器是電力設備正常安全運行的有力保證。這一保護裝置發生的非正常運行的類別主要有線路接觸不良，接線錯誤、短路、自身材質不達標、抗干擾能力弱等常見問題，具體分析結果如下：

2.1 電壓互感器的接線故障問題

繼電保護裝置經常發生的運行錯誤就是電壓互感器的接線問題，又分為二次中性點接線錯誤、回路短路、接地、斷線等現象。這幾種現象是互相作用的，一種現象的發生就可能會間接的導致另一種故障的發生。如果出現了零序電壓比提高，回路負荷降低，這是二次接地故障的典型表現，導致設備短路。如果不加以制止，就會導致變壓器的電壓逐漸增大，引起設備誤動，進而引發二次中性點接線錯誤。

2.2 繼電保護裝置的抗干擾能力差引起的故障

繼電保護裝置的工作環境極其復雜，因此對抗干擾能力有很高的要求。就目前我國的具體情況來看，繼電器的抗干擾能力較弱，還處在起步階段。由于其抗干擾能力較差，所以在運行中易受到其他通信設備的干擾而出現電壓幅度增加，給邏輯原件的分析造成困擾。

2.3 由重瓦斯及輕瓦斯引起的故障問題

2.3.1 氣體繼電器非正常運作分為重瓦斯保護跳閘和輕瓦斯發出二類保護信號，引起動作兩種情況。由于重瓦斯動作表現為跳閘，造成的影響和損失相較于輕瓦斯來說較大，所以應重點觀察，注意預防。運行不當易引發重瓦斯故障問題主要表現為：（1）呼吸系統不當引起的重瓦斯保護問題；（2）變壓器子箱密封不良，進水導致的重瓦斯保護；（3）電纜短路或者是絕緣不良引起的重瓦斯保護；（4）繼電器安裝不當使得外部電纜絕緣部分損壞引起的重瓦斯保護問題。重瓦斯動作現象多表現為水電機組濕度和變壓器負荷較大，這時就會有呼吸器跑油現象發生，最有可能發生在冬季，所以一定要嚴加預防。如果對于平時三令五申的問題都易忽視而造成惡劣影響，真的是得不償失。像提高安裝質量、定期檢查、時刻監督這類小事情在平時一定要高度重視。

2.3.2 由氣體繼電器干簧接電處的玻璃管破裂和接電器密封不良造成的重瓦斯保護不容忽視。干簧玻璃管破裂都發生在同一臺變壓器的有調節開關的氣體繼電器上。在對1998年、2004年和2005年發生的三次較大安全事故分析后，是否與繼電器的振動幅度較大有關還不得而知，但是提高繼電器的質量，有效遏制這一危害的發生還是有借鑒意義的。繼電器的密封不良問題在各類繼電器上都有出現，表明改進密封性是一個共性問題，應該盡快著手改進實施。有的單位在變壓器的外面加上防雨罩，可以有效遏制此類事件的發生，有一定的突破性。

2.4 由輕瓦斯引起的故障問題

如果不能及時、準確地判斷輕瓦斯的頻繁保護動作，對于發生較快的故障可能漏判或錯判，以至于釀成無法挽回的后果。在制造過程中需要特別改進的是氣體繼電器的浮筒轉軸脫落，引發輕瓦斯頻繁動作的問題。輕瓦斯保護裝置設置的意義重大，當油位降低時，輕瓦斯會迅速做出判斷，向運行人員發出信號以方便及時采取措施制止危害的進一步擴大。變壓器負壓區或是冷凍系統的負壓區進氣排氣不徹底，是導致輕瓦斯保護頻繁動作的一大隱患。這種情況與工作人員正常工作時的情況相矛盾，會干擾工作人員做出正確的職業判斷。如果碰巧有其他故障同時發生，極易產生漏判，此時正確的做法應該是處理漏氣和殘余氣體。

3 電氣繼電器保護裝置的維護技術

現階段的電氣繼電器保護裝置的維護主要有以下方法，即插件替代法、故障直觀法、電路拆除法、參數對照法、短接法與斷開法等。

3.1 插件替代法

微機保護裝置內部發生故障主要用替代法進行處理。其工作原理是在工作中如果出現類似于系統無法正常運行的故障時可將其替換成相同的插件。替代法雖然是一種簡單的維修技術，但在實際工作中也不容馬虎，要仔細檢查電流和電壓是否處理恰當，確保替代插件的定值芯片和程序與原來系統一致。

3.2 故障直觀法

故障直觀法是繼電器故障發生時常用方法。直觀法要求檢修及操作人員擁有較強的專業知識與豐富的經驗，因為其工作原理是技工人員用肉眼直接觀察，找出錯誤，對設備故障進行直接分析并據此提出整改意見。

3.3 電路拆除法

拆除法的工作原理是將變壓器的二次回路按順序拆開之后再仔細找出故障所在。此法有利于運維檢修人員快速找出故障，提高工作效率，節約故障檢測浪費的不必要時間。

3.4 參數對照法

對照法的工作原理是首先要確定機電保護裝置的故障位置，運維檢修人員經常用測試值與定值之間的差額來實現這一目標。判斷方法是如果測試中出現的故障程度較大，則表明此處一定有較大的故障隱患，應及時處理。此方法的優點是借助參數值來判斷故障程度，準確性高。

3.5 短接法與斷開法

短接法和斷開法的工作原理大體相同，主要是對回路中的某一部分進行斷開或者接線處理，觀察斷開或接線后設備的運行狀態與沒進行斷開或者接線前的運行狀態之間的區別，以此縮小產生故障的范圍，盡快找出故障所在。這兩種方法的工作原理雖然大體相同，但細微差別還是存在的，應該結合具體的工作環境區別對待，找出最適宜的方法。

4 改進措施

4.1 重視速動油壓繼電器的保護作用

當變壓器本體達到或者超過整定的壓力值時，速動油壓繼電器的反應速度靈敏，壓力會迅速上升，可以保護變壓器不受損壞。高電壓、大容量的變壓器加裝本裝置其保護效果加強。但由于其設置復雜、成本高、銷售困難，市面上的生產廠家還沒有以此裝置來取代氣體繼電器。

4.2 對有載調壓開關的氣體繼電器的設置

這種繼電器由于其裝置的復雜性，在設置時應該嚴格遵守國家標準和行業標準。無論是哪種繼電器，其保護裝置都應該反映壓力和油層的沖擊情況，如果將來油流控制繼電器可以代替氣體繼電器，油流控制繼電器也應該具備油流沖擊動作的功能，輕瓦斯保護功能就可以不用保留。這樣做不僅可以對有載調壓開關進行可靠保護，還可以減少輕瓦斯動作的工作量。

4.3 對QJ4G-25繼電器的改進

在對多次事故教訓進行總結與仔細分析研討之后，對QJ4G-25繼電器做了如下要求：（1）繼電器的支架高度應該控制在70～90毫米；（2）應該采用雙接點的串聯結構，干簧接點引線距離大于或等于4毫米；（3）取消輕瓦斯的相應接點和開口杯裝置；（4）干簧點應該用雙螺絲固定在支架上，并將緩沖層裝在固定環里；（5）干簧層應該選擇質量可靠，品質有保證，最重要的接點處要鍍銀干簧層。

4.4 有載調壓開關重瓦斯是否投跳閘的判斷

對其的決定應該依據具體情況具體分析。如未做改進的氣體繼電器發生誤動的幾率很大，就可以暫投信號。將裝有有載調壓開關的氣體繼電器進行改良后的新產品，其瓦斯保護就可以投跳閘。

4.5 對不同變壓器的處理

220kV及以上變壓器應該加裝有雙接點的氣體繼電器；66kV及以下的變壓器應該加裝逐步采用雙接點的氣體繼電器；裝有有載調壓開關的氣體繼電器全部取消輕瓦斯回路。

5 我國氣體繼電器的發展趨勢

繼電保護對于繼電系統的安全運行起著十分重要的作用，但其檢修維護也是一項復雜工作，所以怎樣更有效地提高繼電器的工作效率是未來工作的中心議題。應該嚴格規范各個階層的工作人員。企業員工在上崗之前應該嚴格培訓，要求員工熟練操作故障檢修、清掃等工作。故障修檢人員更應該提高其工作技能，加強理論知識的學習，用肉眼就可以正確判斷故障，從而提高修檢效率。我國的科技發展迅速，到目前為止，繼電保護已經經歷了晶體管階段、集成電路階段，目前我國正在經歷微機階段。未來繼電保護裝置故障的大方向應該是智能化，但技術人員少、技術革新速度慢等問題一直制約我國繼電保護的發展。因此，我國繼電保護的發展趨勢應該是：發展應用人工智能AI、保證繼電保護技術革新的合理正確、提高處理電力設備非線性的能力。值得一提的是，基于我國廣大的消費群體，應大力推廣帶有客戶機/服務器的繼電保護裝置。

6 結語

總之，繼電保護裝置在電力系統運行中具有重要作用。在實際工作中想要保證電力系統安全、穩定的運行，提高繼電保護裝置的維修技術，就要提高運維檢修人員理論水平和實踐水平。此外，全面保障繼電保護裝置提高的另一關鍵要素是保證裝置性能的提高和接線的合理性。

參考文獻

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作者簡介：張淑敏（1979-），女，山東成武人，國網山東省電力公司成武縣供電公司電力工程工程師，用電監察員技師，研究方向：電網工程前期、電網規劃。

（責任編輯：秦遜玉）