一起充油設備重瓦斯保護誤動原因分析及改進措施

呂攔坡+陳曉+張嘉濤+連進燦

摘 要：本文針對某換流站一起充油設備重瓦斯保護誤動進行原因分析并提出改進措施。

關鍵詞：瓦斯繼電器；浮球；擋板；油流；振動

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.070

0 引言

換流站平波電抗器重瓦斯保護誤動將導致直流系統誤閉鎖，分析瓦斯繼電器誤動原因并提出改進措施是必要的。

1 瓦斯保護簡述

當充油設備發生內部故障時，電氣量可能尚未發生異常，基于電氣量的保護無法發揮作用，為避免設備損壞，充油設備一般配置有瓦斯保護。充油設備內部故障時產生的電弧會導致絕緣油分解產生氣體，氣體從會從較低的本體流向高位油枕，氣體產生劇烈時會帶動油流，反應該特性而動作的保護稱為瓦斯保護。其中重瓦斯保護主要反應油流，輕瓦斯保護主要反應氣流。平波電抗器瓦斯繼電器采用“雙浮球+擋板”式瓦斯繼電器，安裝在本體至高位油枕的連接管道上。在正常狀態下，管道內部無氣體，油流緩慢。當平波電抗器內部產生氣體、油流時，瓦斯繼電器動作原理如下：

a. 少量氣體累積未帶動油流。當內部故障不嚴重，產生的氣體未帶動油流時，氣體聚集在瓦斯繼電器內并使絕緣油液位下降，從而帶動上浮球下降，上浮球下降到一定位置時其聯動開關接點閉合產生輕瓦斯報警。此時下浮球仍在絕緣油液面以下，重瓦斯保護不動作。

b. 絕緣油大量流失導致液位進一步下降。當絕緣油大量流失導致液位進一步下降時，下浮球隨液位下降，到達一定位置時其聯動開關接點閉合，產生重瓦斯跳閘信號，保護立即閉鎖直流并跳開進線開關。

c. 氣體帶動劇烈油流。當故障嚴重，氣體大量產生并帶動劇烈油流時，油流會推動擋板（達到擋板動作值），擋板到達一定位置時其聯動開關接點閉合，產生重瓦斯跳閘信號，保護立即閉鎖直流并跳開進線開關。其示意圖見圖1。

2 故障征象及分析

2.1 故障征象

根據故障錄波分析，在平波電抗器重瓦斯動作前，直流系統連續發生兩次換相失敗，直流電流峰值達到11900A（2.64 p.u.），平抗重瓦斯保護在達到最大值約200ms后動作，直流系統閉鎖。現場故障錄波圖見圖2。

2.2 故障分析

對平波電抗器絕緣油、瓦斯繼電器回路、本體進行檢查、試驗：

一是對平波電抗器進行油色譜分析，色譜分析結果均正常。二是對瓦斯繼電器回路進行傳動和絕緣檢查，結果均正常。三是現場對平波電抗器進行試驗，包括鐵心夾件及繞組連同套管的絕緣電阻、吸收比及極化指數測量，繞組連同套管的介損，繞組直流電阻測量等，試驗結果均正常。鑒于上述檢查可判斷此次為平波電抗器瓦斯繼電器發生誤動。

進行繼電器的動作特性、油流試驗及振動試驗，試驗結果顯示在靜態條件下該瓦斯繼電器合格。重瓦斯保護在運行期間發生誤動，現就其原因進行分別分析：

一是油流流速過快導致繼電器擋板動作。通過錄波數據顯示，瓦斯繼電器誤動在直流電流達到最大值后約200ms時發生，若誤動原因是油流流速過快則應在直流電流達到最大值后100ms 內動作。排除該可能性。

二是絕緣油液位下降導致瓦斯繼電器下浮球動作。通過現場檢查結果，瓦斯繼電器取氣盒內無氣泡、呈透明狀，瓦斯繼電器浮球處于正常位置，說明當時瓦斯繼電器內無氣體，液位正常。排除該可能性。

三是振動加速度過大導致繼電器誤動。對平波電抗器本體及瓦斯繼電器振動仿真計算結果顯示：當對平波電抗器施加直流電流至誤動工況時，平波電抗器本體振動加速度為3.3G，振動頻率為33.5Hz，而瓦斯繼電器振動隨時間增大，約200 ms后振動加速度達到10.5G，振動頻率為33Hz。瓦斯繼電器在長管道連接情況下與平波電抗器本體產生了共振，平波電抗器本體的振動被放大、加劇，從而導致瓦斯繼電器誤動。

3 反措及建議

現場通過多種方案的討論和分析，最終確定在瓦斯繼電器與平波電抗器連接主油管上加裝減震支撐架，降低共振力度。根據振動試驗結果，通過加裝減震支撐架，在同樣的直流電流作用下，其加速度可降低到4G以下。

自安裝瓦斯繼電器主油管減震支撐架以來，有效地降低了了瓦斯繼電器與平波電抗器器身的共振，從而減小了瓦斯繼電器的振動加速度，該換流站歷經多次換相失敗導致的直流電流過沖，部分情況下其直流電流峰值超過之前發生的11900A，通過在瓦斯繼電器上安裝的沖擊記錄儀顯示，其振動加速度均在4G以下，重瓦斯誤動情況未再次發生。

4 結束語

隨著我國直流輸電的發展，充油設備體積及發生換相失敗時的直流電流峰值隨著電壓等級、輸送功率的提高而不斷增大，換相失敗時造成的振動也會隨之增大，瓦斯繼電器誤動機率相應升高，本文所述的防震支撐結構可以有效解決該問題。

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