鄒奇烽

（河源供電局，廣東 河源517000）

0 引言

變壓器的瓦斯繼電器（也稱(chēng)氣體繼電器）安裝在變壓器油箱與油枕（也稱(chēng)儲(chǔ)油柜）之間的連通管上，是變壓器的主要保護(hù)元件。它可以反應(yīng)變壓器內(nèi)部的各種故障及異常運(yùn)行情況，如油面下降、絕緣劣化擊穿、繞組匝間或?qū)娱g短路、鐵芯故障、分接開(kāi)關(guān)接觸不良等，具有動(dòng)作靈敏迅速、結(jié)構(gòu)接線(xiàn)簡(jiǎn)單、維護(hù)檢修方便的優(yōu)點(diǎn)。變壓器一般有2個(gè)瓦斯繼電器，一個(gè)是變壓器本體瓦斯繼電器，另一個(gè)是變壓器調(diào)壓開(kāi)關(guān)瓦斯繼電器。

瓦斯繼電器有2個(gè)輸出觸點(diǎn)：一個(gè)反應(yīng)變壓器內(nèi)部的不正常情況或輕微故障，稱(chēng)為“輕瓦斯”；另一個(gè)反應(yīng)變壓器的嚴(yán)重故障，稱(chēng)為“重瓦斯”。輕瓦斯動(dòng)作于信號(hào)，使運(yùn)行人員能夠迅速發(fā)現(xiàn)故障并及時(shí)處理；重瓦斯動(dòng)作于跳開(kāi)變壓器各側(cè)開(kāi)關(guān)［1］，切斷變壓器電源。

2013年5月27日，天氣為雷雨天，某500kV變電站220kV某甲、乙雙回線(xiàn)同時(shí)發(fā)生B、C相間接地故障，主Ⅰ電流差動(dòng)保護(hù)，主Ⅱ縱聯(lián)距離、縱聯(lián)零序方向保護(hù)動(dòng)作，跳開(kāi)兩線(xiàn)A、B、C三相開(kāi)關(guān)，不啟動(dòng)重合閘。緊接著＃3主變電氣量保護(hù)啟動(dòng)，但未出口，＃3主變本體重瓦斯C相動(dòng)作，跳開(kāi)主變?nèi)齻?cè)開(kāi)關(guān)，聯(lián)跳35kV電抗器332及334。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查，＃3主變本體及相關(guān)一次設(shè)備外觀(guān)無(wú)異常，瓦斯繼電器內(nèi)無(wú)氣體。初步判斷為變壓器流過(guò)較大穿越短路電流而引起本體重瓦斯繼電器動(dòng)作。

此次事故中，＃3主變本體瓦斯繼電器為日本兵田計(jì)器工業(yè)株式會(huì)社制造的BR－1－415－3B型浮球式瓦斯繼電器。筆者結(jié)合此次事故對(duì)瓦斯保護(hù)動(dòng)作的原因進(jìn)行分析，并提出整改措施。

1 瓦斯繼電器動(dòng)作原理

在此，以雙浮子瓦斯繼電器為例說(shuō)明瓦斯繼電器的動(dòng)作原理。

雙浮子瓦斯繼電器的保護(hù)功能共有3個(gè)：

（1）輕瓦斯動(dòng)作（動(dòng)作于信號(hào)）；

（2）重瓦斯動(dòng)作（動(dòng)作于跳閘）；

（3）低油面動(dòng)作（與重瓦斯共用接點(diǎn)，動(dòng)作于跳閘）。

1.1 輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作原理

輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作于信號(hào)，其動(dòng)作值按氣體容積整定，整定值范圍200～300mL［2］。在正常運(yùn)行情況下，瓦斯繼電器內(nèi)部充滿(mǎn)變壓器油，輕瓦斯接點(diǎn)斷開(kāi)。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生缺陷而產(chǎn)生氣體時(shí)，這些氣體會(huì)沿著管道上升（變壓器頂蓋沿瓦斯繼電器方向應(yīng)有1%～1.5%的升高坡度，連接管應(yīng)有2%～4%的升高坡度［1］），聚集在瓦斯繼電器內(nèi)并擠壓變壓器油，從而導(dǎo)致瓦斯繼電器內(nèi)油面下降。隨著液面的下降，上浮子也一同下降。當(dāng)上浮子下降到整定位置時(shí)，將帶動(dòng)開(kāi)關(guān)元件啟動(dòng)報(bào)警信號(hào)。若氣體持續(xù)產(chǎn)生，那么這些氣體將會(huì)占滿(mǎn)瓦斯繼電器上部的所有空間，同時(shí)還會(huì)繼續(xù)向上流動(dòng)并在油枕的集氣盒內(nèi)積存，不過(guò)下浮子不會(huì)受此影響，位置將保持不動(dòng)。輕瓦斯工作原理如圖1所示。

圖1 輕瓦斯工作原理圖

1.2 重瓦斯保護(hù)動(dòng)作原理

重瓦斯保護(hù)動(dòng)作于跳閘，多采用擋板式結(jié)構(gòu)，其動(dòng)作值根據(jù)油流速度整定，整定值范圍為1.5m／s±15%。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的瓦斯氣體，使油箱內(nèi)壓力瞬時(shí)突增，從而向油枕方向產(chǎn)生壓力波流。壓力波流沖擊安裝在流動(dòng)液體中的擋板，當(dāng)流速超過(guò)擋板的動(dòng)作靈敏度時(shí)，擋板會(huì)順壓力波流的方向運(yùn)動(dòng)，開(kāi)關(guān)元件因此被啟動(dòng)，接通跳閘回路使變壓器三側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘。重瓦斯工作原理如圖2所示。

圖2 重瓦斯工作原理圖

1.3 低油面動(dòng)作原理

當(dāng)變壓器發(fā)生滲漏，造成變壓器油流失時(shí)，上浮子會(huì)隨著油面的下降同時(shí)下沉，到達(dá)整定值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)液體繼續(xù)流失，油枕、管道和瓦斯繼電器的變壓器油逐漸被排空，隨著油面的繼續(xù)下降，下浮子也下沉。通過(guò)下浮子的運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)開(kāi)關(guān)元件，接通跳閘回路使變壓器三側(cè)開(kāi)關(guān)跳閘。低油面動(dòng)作工作原理如圖3所示。

2 事故應(yīng)急措施及原因分析

2.1 應(yīng)急措施

根據(jù)《電力變壓器運(yùn)行規(guī)程》中相關(guān)規(guī)定，瓦斯繼電器動(dòng)作跳閘時(shí)，在查明原因消除故障前不得將變壓器投入運(yùn)行。為查明原因應(yīng)重點(diǎn)考慮以下因素，作出綜合判斷［3］：

圖3 低油面動(dòng)作工作原理圖

（1）是否呼吸不暢或排氣未盡。

（2）保護(hù)及直流等二次回路是否正常。

（3）變壓器外觀(guān)有無(wú)明顯反映故障性質(zhì)的異?，F(xiàn)象。

（4）氣體繼電器中積聚的氣體是否可燃。

（5）氣體繼電器中氣體和油中溶解氣體的色譜分析結(jié)果。

（6）必要的電氣試驗(yàn)結(jié)果。

（7）變壓器其他繼電保護(hù)裝置的動(dòng)作情況。

因此，在＃3主變轉(zhuǎn)檢修后，對(duì)其開(kāi)展了一、二次設(shè)備檢查和試驗(yàn)，包括設(shè)備外觀(guān)檢查、瓦斯繼電器取氣、繞組變形測(cè)試、直流電阻試驗(yàn)、油色譜分析試驗(yàn)以及重瓦斯二次回路絕緣測(cè)試試驗(yàn)等。檢查和試驗(yàn)結(jié)果均正常，可以判斷變壓器本體內(nèi)部無(wú)造成瓦斯繼電器動(dòng)作的短路放電現(xiàn)象，故判斷此次主變跳閘為瓦斯繼電器誤動(dòng)。

2.2 原因分析

原＃3主變的瓦斯繼電器為日本兵田計(jì)器工業(yè)株式會(huì)社制造的BR－1－415－3B型浮球式瓦斯繼電器，與德國(guó)EMB公司的BC－80型瓦斯繼電器功能類(lèi)似。不同之處在于BR－1－415－3B型浮球式瓦斯繼電器沒(méi)有擋板結(jié)構(gòu)，重瓦斯動(dòng)作依靠浮球運(yùn)動(dòng)到達(dá)整定位置時(shí)出口，易發(fā)生誤動(dòng)。根據(jù)＃3主變的生產(chǎn)者三菱公司的計(jì)算，確認(rèn)了SUB型主變?cè)谕ㄟ^(guò)故障電流時(shí)會(huì)形成油的涌動(dòng)，當(dāng)變中側(cè)通過(guò)13kA（有效值）以上故障電流時(shí)，流過(guò)瓦斯繼電器的油流速度將會(huì)導(dǎo)致重瓦斯保護(hù)動(dòng)作。

結(jié)合＃3主變和220kV某甲、乙雙回線(xiàn)跳閘有關(guān)報(bào)文及現(xiàn)場(chǎng)天氣情況分析，事發(fā)時(shí)流經(jīng)＃3主變的穿越短路電流B、C兩相相電流有效值分別為10.26kA、8.46kA，均小于三菱公司計(jì)算的理論值13kA，考慮到存在測(cè)量誤差與偶然因素的影響，以及廣東電網(wǎng)在2011年也發(fā)生過(guò)類(lèi)似事故，當(dāng)時(shí)的故障電流有效值約為9.6kA，故能得到如下結(jié)論：＃3主變跳閘原因可能為220kV某甲、乙雙回線(xiàn)被雷電擊中發(fā)生B、C相間接地故障，使得有較大的穿越短路電流流經(jīng)變壓器，導(dǎo)致變壓器繞組瞬間收縮、擴(kuò)張產(chǎn)生油流涌動(dòng)，同時(shí)變壓器因承受較大的穿越電流器身振動(dòng)加劇，在油流涌動(dòng)和振動(dòng)加劇的雙重作用下，引起瓦斯繼電器動(dòng)作。

3 改進(jìn)措施及防誤動(dòng)建議

3.1 改進(jìn)措施

從以上分析可知，本次主變的誤跳主要是瓦斯繼電器誤動(dòng)作所致，故將原500kV主變本體瓦斯繼電器更換為具備擋板的德國(guó)EMB公司制BC－80型單浮子瓦斯繼電器。要求流速整定值為1.5m／s，聯(lián)管改造為80mm，同時(shí)加裝支撐架進(jìn)行加固。

單浮子瓦斯繼電器動(dòng)作原理與上述介紹的雙浮子瓦斯繼電器類(lèi)似，區(qū)別在于沒(méi)有下浮子及其開(kāi)關(guān)系統(tǒng)，即無(wú)低油面動(dòng)作跳閘功能。

另外，220kV某甲、乙雙回線(xiàn)輸電走廊位于多雷區(qū)，應(yīng)盡快加裝避雷器。根據(jù)雷電定位系統(tǒng)信息，220kV某甲、乙雙回線(xiàn)在本次故障點(diǎn)周邊1km范圍、前后5min內(nèi)共有36次雷電活動(dòng)記錄，最大雷電流幅值達(dá)到188.3kA，超出線(xiàn)路反擊耐雷水平93.5kA。

3.2 防誤動(dòng)建議［4］

（1）對(duì)于新投產(chǎn)變壓器應(yīng)把關(guān)好附件的安裝，特別是潛油泵對(duì)稱(chēng)布置，保證油路暢通。

（2）運(yùn)行中的變壓器進(jìn)行濾油、補(bǔ)油，更換潛油泵、冷卻器、凈油器和呼吸器或其內(nèi)的吸濕劑時(shí)，本體重瓦斯保護(hù)應(yīng)切換為發(fā)信號(hào)。

（3）運(yùn)行中的變壓器冷卻器油回路、通向儲(chǔ)油柜各閥門(mén)由關(guān)閉位置旋轉(zhuǎn)至開(kāi)啟位置時(shí)，以及當(dāng)油位計(jì)的油面異常升高或呼吸系統(tǒng)有異?，F(xiàn)象，需要打開(kāi)放油或放氣閥門(mén)時(shí)，應(yīng)先將變壓器本體重瓦斯保護(hù)切換為發(fā)信號(hào)。

（4）定期檢查瓦斯繼電器各部位元器件狀態(tài)完好，嚴(yán)格按規(guī)程檢驗(yàn)，做到方法正確、整定準(zhǔn)確、動(dòng)作可靠。

（5）增加可靠有效的防雨、防潮、防振動(dòng)措施，防止由于環(huán)境原因造成瓦斯保護(hù)誤動(dòng)。

4 結(jié)語(yǔ)

瓦斯繼電器是變壓器內(nèi)部故障的主要保護(hù)元件。雙浮子瓦斯繼電器的動(dòng)作條件有3個(gè)：輕瓦斯動(dòng)作于報(bào)警，重瓦斯動(dòng)作于跳閘及低油面動(dòng)作于跳閘。擋板式結(jié)構(gòu)的瓦斯繼電器能有效防止油流涌動(dòng)造成的瓦斯繼電器誤動(dòng)作。

［1］陳少華，陳衛(wèi)，何瑞文，等.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009

［2］DL／T540—2013 氣體繼電器檢驗(yàn)規(guī)程［S］

［3］DL／T572—2010 電力變壓器運(yùn)行規(guī)程［S］

［4］肖立佳.變壓器本體瓦斯保護(hù)誤動(dòng)分析及防范措施［A］.全國(guó)火電600MW機(jī)組技術(shù)協(xié)作會(huì)第13屆年會(huì)論文集［C］，2009