一起油流繼電器重瓦斯誤動事故分析

邱 煒，鄭榮鋒，黃 鑫，劉 君，陸曉彬，胡 林，徐清鵬

(國網四川省電力公司成都供電公司，四川 成都 610041)

0 引 言

電力系統常常因負荷變化導致電網電壓波動，為緩解電網壓力，有載分接開關需頻繁切換而極易發生故障，影響變電站的安全運行[1]。油流繼電器是變壓器調壓系統中的重要組成部分，其內部有輕瓦斯保護和重瓦斯保護接點，運行中的有載分接開關油流繼電器通常只要求保留兩組重瓦斯保護接點。當有載分接開關內部存在缺陷時，容易在調壓過程中產生劇烈電弧，并生成大量氣體。氣體隨著油流朝著油枕方向涌動，作用在有載油流繼電器的下擋板。當油速達到油流繼電器動作整定值時，重瓦斯保護動作，電力變壓器三側斷路器跳閘[2-3]。

據相關數據分析，電力變壓器事故中有40%以上為有載分接開關發生故障導致，因此統計并分析由有載分接開關故障導致電力變壓器誤動以及故障的典型事故具有十分重要的工程意義和現場需求[2,4]。下面基于一起由220 kV等級電力變壓器有載分接開關的油流繼電器重瓦斯保護誤動引起的變壓器三側斷路器跳閘的案例，結合現場檢查、油化試驗、高壓試驗、保護及故障錄波等情況，對事故經過、誤動原因進行了分析總結，并提出了具有現場指導性的建議以及預防控制措施。

1 事故過程及處理

2020年6月10日，220 kV某變電站發生有載油流繼電器重瓦斯保護誤動事故。事故發生前接線方式220 kV、110 kV均為雙母接線，10 kV為單母分段接線，共兩臺變壓器。故障前220 kV、110 kV分段斷路器均在合位，10 kV分段斷路器在分位，兩臺變壓器處于并列運行狀態。

該變電站2號主變壓器由保定天威保變電氣股份有限公司生產，產品型號為SSZ-240000/220，2009年出廠。有載調壓開關為瑞典ABB公司生產，型號為UCLRN650/900/Ⅲ，額定電流為700 A，2009年出廠。有載油流繼電器為EMB公司生產，型號為URF 25/10,整定流速為3.0 m/s，2009年出廠。

2020年6月10日6:55:10.894時，該變電站2號主變壓器非電量保護裝置啟動，17 ms后有載重瓦斯保護動作，27 ms后主變壓器三側202、102、902斷路器跳閘，10 kV備自投正確動作合上912斷路器帶10 kV II母負荷。故障發生時變壓器運行工況良好，有載調壓開關未進行調擋操作。

事故發生后現場檢查發現：有載調壓開關在1擋位置；油流繼電器內集有瓦斯氣體(如圖1所示)；重瓦斯保護擋板并未動作(一旦擋板動作，必須手動復歸)；油流繼電器芯子內干簧管接線樁積有游離碳(如圖2所示)，干簧管密封良好無破損。現場試驗：有載調壓開關油室絕緣油耐壓試驗合格；變壓器直流電阻、分接開關切換波形、開關過渡電阻合格；但兩組重瓦斯保護接點絕緣電阻為0.3 MΩ，偏低。保護及故障錄波結果顯示，有載重瓦斯保護動作持續時間約40 s，隨后重瓦斯保護及故障錄波信號返回；現場檢查二次回路接線正確，二次重瓦斯回路絕緣及保護出口試驗等結果正確。非電量保護動作期間及保護動作時刻，無2號變壓器差動及后備保護啟動或異常報告。

圖1 瓦斯內部存在大量氣體

圖2 干簧管接線處游離碳

該有載調壓開關總調擋次數7336次，2019年12月停電檢修時變壓器直流電阻、有載分接開關切換波形均無異常，油流繼電器接點絕緣電阻無異常，檢修時對有載調壓開關的切換油室進行了換油處理。近幾個月調擋次數分別為6月6次，5月8次，4月12次，3月4次，最近一次調擋時間為6月9日23時，由2擋調至1擋運行。

綜合現場保護動作信息分析情況，當即決定將2號變壓器有載重瓦斯保護接信號、有載壓力釋放信號接跳閘，調試合格后將該變壓器定擋投入運行，15：40送電成功。

2 油流繼電器結構與基本原理

油流繼電器主要由接線盒與引線口、法蘭連接、試驗與復位探針、玻璃觀察窗以及繼電器本體組成，其中：玻璃觀察窗可直接觀察繼電器內部集氣情況和繼電器各功能元件狀態；試驗與復位探針用于檢修人員對繼電器進行動作測試，同時在繼電器動作后進行復位(重瓦斯擋板動作后，不能自動復位，需人工手動復位)；繼電器引出兩組出線，并接入二次保護系統[5-6]。油流繼電器內部結構如圖3所示。

圖3 油流繼電器內部結構

油流繼電器的基本原理是：當有載分接開關由于故障產生強烈氣體造成向油枕方向的高速油流，并且油流速度超過限定數值(整定值為3.0 m/s)時，有載油流繼電器將通過擋板與恒磁磁鐵的聯動，使玻璃干簧管內觸點閉合，啟動跳閘信號[7-8]。

3 事故原因分析

變壓器跳閘前無調擋動作，運行工況良好，故障后變壓器本體及附件未見異常；變壓器繞組直流電阻、有載分接開關切換波形、變壓器過渡電阻等試驗均無異常，變壓器本體油色譜數據正常(見表1)：基本排除變壓器本體故障可能。同時，油流繼電器擋板未動作，說明油流速度未超過整定值，有載調壓開關切換芯子油室油耐壓合格，也可排除有載調壓開關內部故障可能。

表1 變壓器本體油色譜試驗結果

故障后檢查油流繼電器干簧管端部接線部位有游離碳，重瓦斯接點絕緣電阻低。該240 MVA變壓器配備的是瑞典ABB公司原裝、額定電流為700 A的有載調壓機構(而目前240 MVA變壓器一般裝配額定電流1000 A、串聯雙斷口、4個過渡電阻的有載調壓機構)，其切換電流裕度較小，有載切換過程中電弧在油中燃燒產生的大量游離碳在涌流作用下進入油流繼電器，附著于干簧管正負電引出線端部，長期累積形成放電小橋，造成絕緣降低甚至擊穿。

有載保護配備的是EMB公司原裝油流繼電器，該產品采用早期設計，干簧管端部附近兩引線的絕緣僅靠引線表面一層絕緣管包裹隔離。所述事故中，干簧管端部受到接點兩側正負電壓的影響(直流電壓220 V)，較容易吸附有載切換過程中產生的游離碳，且游離碳會根據正負電荷產生的電場方向，較有規律地排列形成放電小橋。隨著運行時間地增加，干簧管端部兩引線間逐漸布滿游離碳。

同時，該油流繼電器早期產品端部引線的絕緣極易破損，絕緣破損后極易通過游離碳導通，從而導致了瓦斯保護的誤動。因此EMB公司在后期新產品中做了改進，如圖4所示。新產品在干簧管端部引線間采用絕緣材料包裹后，在內部澆注環氧樹脂，增強了端部絕緣強度。即使有載切換中累計產碳量較大，并且在干簧管附近堆積，也不會導致接點兩側的引線導通。

圖4 改進型干簧管

此外，油流繼電器與油枕間連接管設計不當，該連接管采用“L”型90°折彎鋼管，折彎處內徑減小，造成切換過程中產生的瓦斯氣體無法通暢進入油枕，集聚在油流繼電器上部，將干簧管暴露于瓦斯氣體中。當干簧管端部放電小橋積碳中混雜的液態有載油在重力作用下斷斷續續滴落，進一步降低放電小橋電阻，最終形成近似短路的放電通道導致擊穿。

變壓器停電后完成油流繼電器更換，將拆下的油流繼電器進行絕緣電阻測試，一組接點絕緣電阻為0(節點13-14)；另一組接點絕緣電阻為大于1000 MΩ(節點23-24)。將干簧管端部游離碳擦拭干凈后，兩組接點絕緣電阻均大于1000 MΩ。試驗結果見表2。

表2 故障油流繼電器節點絕緣電阻

圖5 干簧管端部游離碳清理前

圖6 干簧管端部游離碳清理后

經診斷，該油流繼電器重瓦斯保護誤動根本原因為干簧管引線絕緣設計缺陷導致。由于連管油路不暢，在有載調開關切換過程中油流繼電器匯集氣體，覆滿游離碳的干簧管引線暴露在空氣中產生了放電小橋，形成近似短路的放電通道導致擊穿，造成油流繼電器重瓦斯保護誤動。

4 改進措施

電力變壓器誤動將極大地影響電力系統的安全穩定運行，案例所發現的有載重瓦斯保護誤動以及該型號油流繼電器的家族性缺陷對電力變壓器的安全穩定運行造成極大隱患，因此提出以下建議：

1)EMB公司早期類型油流繼電器由于存在部分設計缺陷，建議配合停電檢修周期對油流繼電器進行開蓋檢查，清除積碳，若干簧管絕緣設計存在缺陷應立即更換油流繼電器；

2)對存在油路設計不合理的變壓器進行整改，預防油路不通導致有載切換過程中產生的瓦斯氣體無法通暢進入油枕，集聚在油流繼電器上部，將干簧管暴露于瓦斯氣體中；

3)同時強化變壓器本體及有載油流繼電器油路的驗收要求，杜絕存在類似油路不暢隱患的變壓器投運，加強變壓器油流繼電器的巡視力度，及時發現并消除類似隱患。