220 kV變電站主變有載分接開關重瓦斯繼電器跳閘故障原因分析

陳 浩，康激揚，王 汀，王 楠

(國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

220 kV變電站主變有載分接開關重瓦斯繼電器跳閘故障原因分析

陳 浩，康激揚，王 汀，王 楠

(國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

針對近期一起典型東北電力系統發生的變電站主變有載分接開關重瓦斯跳閘故障進行分析，提出呼吸器受潮冷凍后回溫重新呼吸及變壓器內油溫上升造成油流涌動是引起該類故障的原因，并進行了相應的模擬試驗。

有載分接開關;重瓦斯繼電器;多次跳閘;呼吸器受潮

2014年12月27日，遼寧某220 kV變電站1號主變有載分接開關重瓦斯繼電器動作，發出7次跳閘信號，且分別跳開1號主變二次主開關、一次主開關，66 kV母聯備自投裝置動作，合上66 kV母聯開關，由2號主變帶全部負荷。

當時天氣良好，晴，西南風3～4級，氣溫-6℃，當日變電站無操作。

針對上述情況進行模擬故障發生過程，分析有載分接開關重瓦斯繼電器跳閘多次動作原因。

1 故障原因查找

1.1 一次設備檢查

a. 現場查看主變本體油位、有載分接開關油枕油位正常;主變本體無滲漏油，壓力釋放閥未動作;分接開關機構檔位與本體檔位一致，均為5檔;分接開關防爆膜無異常，頂部無滲漏油;有載瓦斯繼電器 (如圖1所示)中無氣體，流速啟動值設定為1 m/s。

b. 在1號主變有載油流繼電器排氣閥處取油樣1瓶，有載開關本體取油樣4瓶，主變本體上、中、下各取油樣2瓶。對全部油樣進行色譜分析試驗:本體乙炔含量為0，有載開關油中乙炔含量為0.12 μL/L，分析內部無放電情況。另對有載開關油樣進行油耐壓試驗，擊穿電壓為46.5 kV，滿足運行油擊穿電壓值》35 kV的絕緣要求，油質無異常［1］。

c. 由主變高低壓側對各分接位置分別進行直流電阻測試，結果高壓側線間最大不平衡率為0.209%，低壓側相間最大不平衡率為0.059%，符合規程要求。

d. 對主變高壓—低壓及地，低壓—高壓及地，高壓、低壓—地分別進行絕緣電阻測試，絕緣電阻值、吸收比、極化指數均滿足規程要求［2］。

e. 對主變有載分接開關1～17檔分別進行切換時間、過渡電阻試驗，試驗結果均符合規程要求。

f. 將主變有載油流繼電器拆下解體檢查，內部無異物，擋板活動良好，兩對動作接點均能可靠動作。

g. 將1號主變有載分接開關吊出檢查，未見異常 (如圖2所示)。

圖2 現場有載分接開關檢查

1.2 二次設備及回路檢查

a. 將1號主變第2套保護屏端子排5FD-3(01)、5FD-6(05)線拆下，用1 000 V搖表進行絕緣測試，5FD-3(01)對地絕緣電阻為無窮大，5FD-6(05)對地絕緣電阻為2.5 MΩ，5FD-3(01)/5FD-6(05)之間絕緣電阻為無窮大;將有載油流繼電器01、05線拆下，5FD-3(01)對地、5FD-6(05)對地、5FD-3(01)/5FD-6(05)之間絕緣電阻均為無窮大。

b. 用1 000 V搖表對拆下的有載油流繼電器觸點進行絕緣測試，結果為無窮大。對油流繼電器啟動值進行校驗，結果為0.944 m/s。

c. 將5FD-3(01)、5FD-6(05)電纜拆下，在端子排5FD-3、5FD-6處用短路線進行短接3 s，裝置發1次“調壓重瓦斯”信號。

d. 在1號主變保護屏端子排處通過連接滑動電阻模擬升壓試驗，在加壓至132 V時，裝置非電量出口中間繼電器動作，此時電流值為50 mA，可得啟動功率為6.6 W，滿足＞5 W要求。132/220=0.6，滿足啟動電壓為額定電壓55% ～65%要求。

1.3 現場有載分接開關呼吸器檢查

以上檢查測試結果均未見異常，現場發現有載分接開關呼吸器內硅膠受潮嚴重并有冰凍結晶，呼吸器瓶內有明顯水汽，故障現場3天內最冷氣溫為-10℃，發生故障報警時氣溫為5℃，溫度由-10℃升至5℃，由克拉貝克方程:PV=mRT，變壓器故障前:P1=mRT1/V，且P1等于1個大氣壓;變壓器故障時:P2=mRT2/V，則P2/P1=T2/T1。已知故障前外界最低溫度-10℃，則T1=273.15-10=263.15;故障時外界溫度5℃，則T2=273.15+5=278.15;P2=P1T2/T1=278.15/263.15=1.057 kPa［3-4］。

初步判斷因變壓器有載分接開關呼吸器硅膠進水受潮冷凍后停止呼吸，隨著氣溫的上升解凍過程中重新呼吸，有載分接開關油箱內的油溫上升，壓力驟變導致油流涌動并使有載分接開關重瓦斯繼電器動作。

2 模擬故障現場情況

為驗證上述判斷的正確性，現采用模擬還原現場故障的試驗方法。模擬內容:自然空氣環境使呼吸器硅膠受潮，冷凍受潮后呼吸器直至其無法通氣。調整注油量，使變壓器有載分接開關的油箱內壓力保持約為1.05倍標準大氣壓。緩慢加熱解凍呼吸器，觀察有載分接開關重瓦斯繼電器的動作情況。

2.1 試驗過程

a. 取下有載分接開關呼吸器，人為使呼吸器硅膠受潮并將其冷凍，用壓力表檢測呼吸器完全密閉，冷凍后的呼吸器如圖3所示。

圖3 冷凍后完全密閉的呼吸器

b. 將試驗用變壓器 (sz11-20000/35)有載分接開關 (其油枕內徑為410 mm、厚度為210 mm、容量為27.7 dm3)瓦斯繼電器跳閘信號接入示波器，通過示波器變化反映瓦斯繼電器動作情況(見圖4)。

c. 有載分接開關油枕油位指示初始值為0，向其注油至17 dm3位置，此時油箱內氣壓為1.05倍標準大氣壓。

d. 將冷凍的呼吸器硅膠加熱使其解凍，觀察示波器波形變化情況并記錄。

e. 將上述試驗用同樣方式反復3次。

圖4 試驗現場接線圖

2.2 試驗結果

圖5、圖6、圖7分別為有載分接開關油箱內壓力為1.05倍標準大氣壓的3次試驗情況，示波器波形的變化情況即瓦斯繼電器的動作次數情況。

3次試驗中有1次示波器圖形出現1次波動(圖5)，表明瓦斯繼電器動作1次;有2次試驗示波器圖形出現2次波動，表明瓦斯繼電器動作2次(如圖6、圖7所示)。

圖5 示波器變化情況1

圖6 示波器變化情況2

圖7 示波器變化情況3

由試驗可以看出，當變壓器有載分接開關呼吸器硅膠受潮冷凍后，在其解凍過程中，若有載分接開關油箱內的壓力驟變到一定程度，則會產生油流涌動，并使有載分接開關重瓦斯繼電器動作，由瓦斯繼電器結構可知，若油流涌動速度處于瓦斯繼電器內擋板動作速度臨界值時，瓦斯繼電器內擋板往復波動將導致瓦斯繼電器多次動作［5］。

3 試驗結果與故障現場對比

現場220 kV變壓器油枕內徑為600 mm、厚度300 mm、容積84.8 dm3，試驗用變壓器油枕內徑為410 mm、厚度為210 mm、容積為27.7 dm3，現場與試驗用變壓器油枕油量差距較大，導致試驗時通過瓦斯繼電器內涌動的油量小于現場實際涌動的油量，導致故障現場瓦斯繼電器跳閘次數與試驗不同。

4 結束語

東北地區冬季氣溫較低，若變壓器有載分接開關呼吸器密閉不嚴，硅膠受潮冷凍后停止呼吸，當氣溫回升時，硅膠解凍過程中若有載分接開關油箱內油溫變化，壓力驟變到一定程度則將產生油流涌動，使有載分接開關重瓦斯繼電器動作，因此，應加強現場巡視，當呼吸器硅膠變色嚴重時，應及時檢查更換，避免類似故障發生。

［1］ 趙旺初.關于有載調壓變壓器的幾個問題［J］.東北電力技術，1995，16(11):29-31.

［2］ 江慶霞，韓鳳玲，劉 兵.變壓器瓦斯繼電器動作原因分析［J］.內蒙古電力技術，1995，25(6):44-46.

［3］ 陳化鋼，李天元.大型電力變壓器瓦斯保護分析［J］.東北電力技術，1994，15(9):22-26.

［4］ 張獻斌，王麗娟.電力變壓器瓦斯保護分析［J］.甘肅科技縱橫，2010，39(2):68-69.

［5］ 曾 賢.主變壓器重瓦斯保護動作原因分析及處理 ［J］.電力安全技術，2007，9(6):23-25.

Fault Analysis on On-load Tap Switch Heavy Gas Relay Tripping for 220 kV Main Transformer

CHEN Hao，KANG Ji-yang，WANG Ting，WANG Nan
(Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China)

According to heavy gas relay tripping fault of on-load tap switch for main transformer of northeast electric system，its fault causes are analyzed.This paper proposes that breather can reuse after frozen when it becomes damp，the cause of failure is that oil surging caused by oil temperature rise in the transformer，simulation test is carried out.

On-load tap switch;Heavy gas relay;Multiple tripping;Breather damp

TM63;TM407

A

1004-7913(2015)08-0017-03

陳 浩 (1987—)，男，碩士，工程師，主要從事變壓器技術管理和科研工作。

2015-05-08)