變壓器的瓦斯保護(hù)故障分析

呂俊霞，張新春

（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 南陽 473009）

1 引言

瓦斯繼電器是變壓器瓦斯保護(hù)的主要元件，它安裝在油箱與油枕之間的連接管中。當(dāng)變壓器發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)，由于油的膨脹和所產(chǎn)生的瓦斯氣體會(huì)沿著連接管經(jīng)瓦斯繼電器向油枕中流動(dòng)，若流動(dòng)的速度達(dá)到一定值時(shí)，瓦斯繼電器內(nèi)部的擋板被沖動(dòng)，并向一方傾斜，接通跳閘回路或發(fā)出信號(hào)。

2 保護(hù)接線及應(yīng)用

瓦斯保護(hù)接線簡單、動(dòng)作可靠、靈敏，是反應(yīng)變壓器所有內(nèi)部故障的一種重要保護(hù)。其原理接線如圖1所示。

圖1 變壓器瓦斯保護(hù)原理接線圖

當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障，使油位降低時(shí)，瓦斯繼電器KG的上接點(diǎn)KG1動(dòng)作，接通信號(hào)繼電器1KS發(fā)出信號(hào)。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障，使瓦斯繼電器KG的下接點(diǎn)KG2動(dòng)作，接通信號(hào)繼電器2KS和中間繼電器KM，發(fā)出信號(hào)并使斷路器跳閘。

容量為1000kVA及以上的變壓器應(yīng)裝設(shè)瓦斯保護(hù)。

瓦斯保護(hù)邏輯圖如圖2所示，當(dāng)瓦斯保護(hù)觸點(diǎn)動(dòng)作閉合后，要經(jīng)延時(shí)（如需要瞬動(dòng)保護(hù)，可以將t整定為零）動(dòng)作與保護(hù)出口。

圖2 變壓器瓦斯保護(hù)邏輯圖

2.1 瓦斯保護(hù)的基本工作原理

油箱內(nèi)部發(fā)生故障（包括輕微的匝間短路和絕緣破壞引起的經(jīng)電弧電阻的接地短路）時(shí)，由于故障點(diǎn)電流和電弧的作用，使變壓器油（通常為25＃絕緣油）及其它絕緣材料因局部受熱而分解產(chǎn)生氣體，因氣體比較輕，它們會(huì)從油箱流向油枕的上部。當(dāng)故障嚴(yán)重時(shí)，油會(huì)迅速膨脹并產(chǎn)生大量的氣體，此時(shí)將有劇烈的氣體夾雜著油流沖向油枕的上部，使繼電器的接點(diǎn)動(dòng)作，接通指定的控制回路，并及時(shí)發(fā)出信號(hào)或自動(dòng)切除變壓器，構(gòu)成反應(yīng)于上述氣體而動(dòng)作的保護(hù)裝置稱為瓦斯保護(hù)。舊式瓦斯繼電器（浮筒式水銀接點(diǎn)繼電器）運(yùn)行不夠穩(wěn)定，抗振能力差，容易因振動(dòng)使水銀流動(dòng)，造成誤動(dòng)作。而開口杯擋板式瓦斯繼電器具有較高的耐振能力，動(dòng)作可靠。因此，在我國電力系統(tǒng)中推廣應(yīng)用的是開口杯擋板式瓦斯繼電器。繼電器在正常運(yùn)行時(shí)，其內(nèi)部充滿變壓器油，當(dāng)變壓器內(nèi)部輕微故障時(shí)，變壓器由于分解產(chǎn)生的少量氣體上升并聚集在瓦斯繼電器上部的氣室內(nèi)，迫使油面亦隨之轉(zhuǎn)動(dòng)下降，使得上磁鋼接近于一對(duì)干簧接點(diǎn)，動(dòng)作后發(fā)出輕瓦斯故障信號(hào)。如果是嚴(yán)重故障，產(chǎn)生大量氣體，同時(shí)油溫升高，熱油膨脹，箱體內(nèi)壓力劇增，形成油氣流迅速?zèng)_動(dòng)繼電器下部擋板，使得下磁鋼接近于另一對(duì)干簧接點(diǎn)，作用于跳閘。

2.2 瓦斯繼電器的整定

瓦斯繼電器的整定，可通過壓差式流速試驗(yàn)或者油泵式油速試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行，起動(dòng)值按油流速度整定，一般對(duì)重瓦斯采用 0.5～1.5m/s，當(dāng)變壓器有強(qiáng)迫油循環(huán)裝置時(shí)用1～1.5m/s范圍，無強(qiáng)迫循油循環(huán)裝置時(shí)用0.6～1m/s范圍；對(duì)輕瓦斯采取氣體在繼電器內(nèi)占有空間的體積來整定，范圍為250～300cm3時(shí)發(fā)出信號(hào)。

3 變壓器瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘的事故處理辦法

3.1 輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作的處理

（1）輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作的現(xiàn)象

①預(yù)號(hào)信號(hào)電鈴響式語言報(bào)警；

②掉牌、光字牌亮；

③變壓器控制儀表有指示。

（2）輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作的處理辦法

①復(fù)歸音響；

②密切監(jiān)視變壓器電流、電壓和溫度的變化；

③檢查直流系統(tǒng)絕緣有無接地，二次回路有無故障；

④檢查油溫、油位、油色是否正常，變壓器內(nèi)部聲音有無變化，有否滲、漏油現(xiàn)象，油面是否低于瓦斯繼電器等；

⑤如瓦斯繼電器內(nèi)存在氧化，則應(yīng)首先排除瓦斯繼電器的氣體，同時(shí)收集氣體和進(jìn)行氣體檢查，如氣體是無色、無臭而不可燃，則變壓器仍可繼續(xù)運(yùn)行；若氣體是白色、淡黃色、帶強(qiáng)烈臭味或者是灰色、黑色可燃，都說明了變壓器內(nèi)部發(fā)生故障，則應(yīng)取油樣化驗(yàn)其閃點(diǎn)，若其閃點(diǎn)較前次低5℃以上時(shí)，應(yīng)停運(yùn)變壓器，并聯(lián)系檢修進(jìn)行內(nèi)部檢查。

⑥若瓦斯動(dòng)作是因變壓器油位低會(huì)漏油造成，則必須采取阻止漏油的措施并補(bǔ)油，必要時(shí)，應(yīng)停電處理。

⑦加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)視，重瓦斯保護(hù)必須投入運(yùn)行。

3.2 重瓦斯保護(hù)動(dòng)作的處理

（1）重瓦斯保護(hù)動(dòng)作現(xiàn)象

①蜂鳴器響或語言報(bào)警；

②變壓器繼電器指示燈綠燈亮；

③變壓器控制儀表指示為零；

④重瓦斯信號(hào)繼電器動(dòng)作指示，掉牌或指示燈指示。

（2）重瓦斯保護(hù)動(dòng)作處理

①如有備用變壓器應(yīng)立即投入運(yùn)行；

②檢查變壓器油溫、油色、油位是否正常，瓦斯繼電器內(nèi)有無氣體，油面是否正常，防爆筒隔膜是否破裂或壓力釋放器是否動(dòng)作，有無噴油和噴煙現(xiàn)象；

③拉開變壓器一、二側(cè)隔離開關(guān)測(cè)量繞組絕緣；

④若上述檢查均正常，則應(yīng)檢查直流系統(tǒng)絕緣是否接地，二次回路是否有故障，以判斷保護(hù)是否誤動(dòng)或者斷路器誤動(dòng)；

⑤收集瓦斯繼電器的氣體進(jìn)行鑒別（同輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作處理⑤條）；

⑥復(fù)歸重瓦斯保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，將變壓器解除備用并做好安全檢修措施，通知檢修人員處理。

4 變壓器瓦斯保護(hù)故障分析

油浸式變壓器是利用變壓器油作為絕緣和冷卻介質(zhì)的。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，故障點(diǎn)局部發(fā)生高溫，將使油溫升高，體積相對(duì)膨脹，在短路電流和短路點(diǎn)電弧作用下，絕緣油和其他絕緣材料會(huì)因?yàn)槭軣岫纸?，產(chǎn)生的氣體升到變壓器頂端。變壓器故障嚴(yán)重的程度與故障性質(zhì)有關(guān)，故障越嚴(yán)重，產(chǎn)生的氣體來動(dòng)作的保護(hù)裝置稱為瓦斯保護(hù)。目前，我國采用的氣體繼電器主要是擋板式。

4.1 故障現(xiàn)象及檢修

案例1：一臺(tái)2000kVA變壓器，正常定期檢修。保護(hù)調(diào)試電壓試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)主變壓器本體進(jìn)行清掃堅(jiān)固，是使用清洗泵對(duì)主變壓器進(jìn)行清洗除灰的。所有工作結(jié)束后，變壓器開始投運(yùn)，但變壓器運(yùn)行幾分鐘就因瓦斯動(dòng)作跳閘。經(jīng)分析檢查，在清洗泵清洗本體時(shí)，瓦斯繼電器沒有采取防水措施，加之瓦斯繼電器接點(diǎn)接線盒密封不好，導(dǎo)致進(jìn)水，正常重瓦斯接點(diǎn)導(dǎo)通，誤將主變壓器重瓦斯跳閘。

案例2：2002年11月6日，天氣晴到多云，ZN（110kV）變電站直流屏非?！爸绷飨到y(tǒng)接地”告警信號(hào)不能復(fù)歸。

繼電保護(hù)人員達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)后，首先測(cè)試直流系統(tǒng)對(duì)地電壓，正極對(duì)地為“0V”，負(fù)極對(duì)地為“－220V”，判斷為直流系統(tǒng)正極金屬性直接接地故障。

采用選線方式將各線保護(hù)、控制電源熔斷器逐個(gè)取下，并同時(shí)觀察“直流系統(tǒng)接地”信號(hào)變化情況，試驗(yàn)見“直流系統(tǒng)接地”告警信號(hào)未能消失，判斷直流接地與各線路的保護(hù)、控制電源無關(guān)。繼續(xù)選線，當(dāng)取下1＃主變壓器保護(hù)電源熔斷器時(shí)，“直流系統(tǒng)接地”信號(hào)消失，確定直流接地發(fā)生在1＃主變壓器保護(hù)回路中。

用解列二次接線逐級(jí)排除的方法，先室外后室內(nèi)。在1＃主變壓器保護(hù)屏端子排上，當(dāng)解列保護(hù)屏至1＃主變壓器端子箱的回路編號(hào)為“01”電纜芯線時(shí)，“直流系統(tǒng)接地”告警信號(hào)消失。再在1＃主變壓器端子箱內(nèi)分別解列端子箱至有關(guān)各附件的回路編號(hào)“01”電纜芯線，當(dāng)解列至有載調(diào)壓瓦斯繼電器的“01”電纜芯線時(shí)，“直流系統(tǒng)接地”信號(hào)消失，判斷1＃主變壓器有載調(diào)壓瓦斯繼電器二次回路有直流接地點(diǎn)。

電力調(diào)度人員將1＃主變壓器負(fù)荷全部轉(zhuǎn)移到2＃主變壓器，并操作1＃主變壓器停電和做好安全措施。隨后將1＃主變壓器及三次側(cè)斷路器控制電源端子箱全部取下，解列開有載調(diào)壓瓦斯繼電器二次電纜接線，搖測(cè)1＃主變壓器端子箱至有載調(diào)壓瓦斯繼電器電纜芯線對(duì)地絕緣電阻值，都為100MΩ以上，說明電纜芯線絕緣良好。再搖測(cè)有載瓦斯繼電器接線柱，見原接入回路編號(hào)為“01”的電纜芯線接線柱對(duì)地絕緣電阻值為0MΩ，從而判斷有載調(diào)壓瓦斯繼電器內(nèi)部組件的二次回路接地。

將有載調(diào)壓瓦斯繼電器內(nèi)及其油枕變壓器油放出，并用備用容器盛裝好，做好防潮措施，然后斷開瓦斯繼電器，發(fā)現(xiàn)重瓦斯繼干簧觸點(diǎn)的玻璃管已全部破碎，其中至回路編號(hào)為“01”電纜芯線接線柱的干簧觸點(diǎn)片搭落在固定觸點(diǎn)的金屬架上，另一干簧觸點(diǎn)片懸空。若是兩觸點(diǎn)片碰撞或同時(shí)接地，將引至1＃主變壓器“有載調(diào)壓重瓦斯”保護(hù)誤動(dòng)作，會(huì)誤跳1＃主變壓器三側(cè)斷路器，后果嚴(yán)重。

一次設(shè)備檢修人員將合格的備用瓦斯繼電器迅速送到現(xiàn)場(chǎng)，更換有載調(diào)壓瓦斯繼電器，恢復(fù)其二次接線，在1＃主變壓器端子箱內(nèi)再搖測(cè)端子排上回路編號(hào)為“01”電纜芯線的二次回路對(duì)地絕緣，絕緣電阻值為180MΩ。投入1＃主變壓器保護(hù)電源及三次側(cè)斷路器控制電源熔斷器，“直流系統(tǒng)接地”告警信號(hào)消失，測(cè)試直流系統(tǒng)對(duì)地電壓，正極對(duì)地為“＋110V”，負(fù)極對(duì)地為“－112V”，判斷為直流系統(tǒng)接地故障處理完畢。隨后對(duì)有載調(diào)壓瓦斯繼電器及其有載調(diào)壓裝置油枕內(nèi)注入變壓器油，經(jīng)驗(yàn)收和操作，變電站恢復(fù)正常運(yùn)行。

4.2 故障結(jié)論

由于ZN變電站1＃主變壓器有載調(diào)壓瓦斯繼電器內(nèi)重瓦斯干簧點(diǎn)的玻璃管破碎，使干簧觸點(diǎn)失去支撐，接入直流電源正極的干簧觸點(diǎn)片搭落在固定觸點(diǎn)的金屬架上，導(dǎo)致直流電源正極金屬直接接地故障。

4.3 防范措施

各變電站如發(fā)生直流系統(tǒng)接地故障，應(yīng)迅速前往處理，嚴(yán)防直流系統(tǒng)接地故障擴(kuò)大為供電事故，避免造成重大損失。

檢查直流系統(tǒng)接地故障時(shí)，應(yīng)使用合格的工器具，嚴(yán)防工作中人為造成直流系統(tǒng)兩點(diǎn)接地，使保護(hù)裝置或熔斷器發(fā)生誤動(dòng)作。

［1］史國生.電氣二次回路及其故障分析［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

［2］張希泰，陳康龍.二次回路識(shí)圖及故障查找與處理［M］.北京：中國水利水電出版社，2005.

［3］李本勝.繼電保護(hù)裝置故障診斷與維修［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010.

［4］變壓器的瓦斯保護(hù)及其日常維護(hù)注意事項(xiàng).電子發(fā)燒友網(wǎng).

［5］變壓器瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘的事故處理方法.http：/qdpower.blogbus.com /.