曹鐵山 董 德 曾 勇 楊 榮

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一次主變瓦斯保護(hù)誤動(dòng)的原因及預(yù)防措施

曹鐵山 董 德 曾 勇 楊 榮

（中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司，湖北宜昌 443133）

瓦斯保護(hù)是油浸式變壓器的主保護(hù)之一，其正確動(dòng)作對(duì)變壓器的運(yùn)行至關(guān)重要。本文通過(guò)對(duì)一次變壓器重瓦斯保護(hù)動(dòng)作事故的分析，找到事故原因，并提出了預(yù)防瓦斯繼電器誤動(dòng)的相應(yīng)措施。

瓦斯繼電器；主變壓器；瓦斯保護(hù)；干簧管；預(yù)防措施

變壓器作為發(fā)電廠的主要設(shè)備，在電能的傳輸中起著至關(guān)重要的作用，它的“健康”與否直接決定著發(fā)電廠能否安全穩(wěn)定的運(yùn)行。瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)是變壓器設(shè)備故障的兩個(gè)主保護(hù)，差動(dòng)保護(hù)對(duì)保護(hù)范圍內(nèi)主變油箱的內(nèi)部、外部故障均有反應(yīng)，而瓦斯保護(hù)主要反應(yīng)變壓器油箱的內(nèi)部故障。瓦斯保護(hù)分為輕瓦斯保護(hù)和重瓦斯保護(hù)，輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作于發(fā)信，重瓦斯保護(hù)動(dòng)作于跳閘。瓦斯保護(hù)對(duì)變壓器的內(nèi)部故障均有反應(yīng)，如變壓器繞組匝間短路、繞組斷線以及鐵心故障、套管內(nèi)部故障等，能反應(yīng)變壓器油質(zhì)及油位變化情況。瓦斯繼電器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速靈敏的特點(diǎn)。瓦斯保護(hù)還可以反應(yīng)一些主變差動(dòng)保護(hù)不能反應(yīng)的變壓器內(nèi)部故障，如鐵心過(guò)熱、油位降低等，是對(duì)主變差動(dòng)保護(hù)的重要補(bǔ)充，是變壓器的主保護(hù)之一[1-2]。

1 瓦斯繼電器工作原理及結(jié)構(gòu)

瓦斯繼電器是變壓器瓦斯保護(hù)的主要元件，通過(guò)監(jiān)視變壓器內(nèi)部氣體的變化情況，來(lái)達(dá)到保護(hù)變壓器的目的。變壓器瓦斯保護(hù)和差動(dòng)保護(hù)均可對(duì)變壓器油箱內(nèi)部各種匝間短路、相間短路以及分接開(kāi)關(guān)接觸不良等故障進(jìn)行保護(hù)。瓦斯保護(hù)還能反應(yīng)變壓器內(nèi)部油位變化、鐵心過(guò)熱等情況，但差動(dòng)保護(hù)對(duì)此無(wú)反應(yīng)。此外，當(dāng)變壓器繞組發(fā)生少數(shù)線匝的匝間短路時(shí)，雖然短路匝內(nèi)短路電流很大，并且會(huì)造成局部繞組嚴(yán)重過(guò)熱產(chǎn)生強(qiáng)烈的油氣流向油枕方向沖擊，但因表現(xiàn)在相電流上的變化并不大，所以差動(dòng)保護(hù)可能沒(méi)有反應(yīng)，瓦斯保護(hù)對(duì)此能靈敏地加以反應(yīng)。因此，變壓器瓦斯保護(hù)是對(duì)差動(dòng)保護(hù)的重要補(bǔ)充，并且不可替代。

某電廠發(fā)變組變壓器使用的瓦斯繼電器是EMB公司生產(chǎn)的TYPE-BF80/10/8型法蘭盤連接雙浮子瓦斯繼電器。在正常工作狀態(tài)時(shí)，瓦斯繼電器內(nèi)部充滿絕緣油，上浮子1和下浮子1a利用自身浮力漂浮于頂部終端位置。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，故障點(diǎn)溫度上升，導(dǎo)致故障點(diǎn)周圍的油溫隨之上升，繼而導(dǎo)致溶解于油內(nèi)的空氣變少，多余的空氣會(huì)被擠出。同時(shí)若有局部放電或者電弧現(xiàn)象發(fā)生，則會(huì)將絕緣油電離分解，產(chǎn)生瓦斯氣體。當(dāng)故障比較輕微時(shí)，故障產(chǎn)生的氣體比較少，形成的氣泡較小，這些氣泡最終匯集在瓦斯繼電器拱頂位置，迫使繼電器內(nèi)部的油位緩慢下降，導(dǎo)致漂浮于油面的上浮子1也隨之下降，到達(dá)設(shè)定值后，磁觸點(diǎn)式干簧管3接點(diǎn)閉合，接通報(bào)警回路。當(dāng)變壓器油箱內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障時(shí)，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量氣體，形成快速而猛烈的上升氣流，變壓器油箱內(nèi)部的氣壓、油壓產(chǎn)生巨變，同時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大油流會(huì)沖擊瓦斯繼電器的擋板6，帶動(dòng)磁鐵向干簧觸點(diǎn)方向移動(dòng)，使觸點(diǎn)閉合，接通跳閘回路。BF80/10/8型雙浮子瓦斯繼電器開(kāi)關(guān)裝置如圖1所示。

1—上浮子；1a—下浮子；2—上浮子恒磁磁鐵； 2a—下浮子恒磁磁鐵；3—上開(kāi)關(guān)系統(tǒng)磁開(kāi)關(guān)管； 3a—下開(kāi)關(guān)系統(tǒng)磁開(kāi)關(guān)管；4—框架；5—測(cè)試機(jī)械； 6—擋板（平時(shí)由恒磁磁鐵攔擋，并操縱下開(kāi)關(guān)系統(tǒng)）

2 事故分析及處理

2014年9月29日，某電廠6FB（6號(hào)發(fā)變組）在正常運(yùn)行時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)：“6FB主變重瓦斯跳閘動(dòng)作”、“6FB發(fā)變組保護(hù)C柜裝置異常”、“6FB發(fā)變組非電量事故停機(jī)C套動(dòng)作”。6FB機(jī)組出口開(kāi)關(guān)跳閘，甩負(fù)荷700MW，機(jī)組二類機(jī)械事故停機(jī)流程 起動(dòng)。

維護(hù)人員迅速趕往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障排查，現(xiàn)場(chǎng)檢查6FB發(fā)變組電氣量保護(hù)A盤和B盤無(wú)任何信號(hào)，非電量保護(hù)C盤重瓦斯保護(hù)開(kāi)入信號(hào)燈點(diǎn)亮，且無(wú)法復(fù)歸。斷開(kāi)非電量保護(hù)開(kāi)入電源后，對(duì)重瓦斯開(kāi)入外回路進(jìn)行阻值測(cè)量，測(cè)量結(jié)果為1.3kW；檢查機(jī)組故障錄波波形，顯示在保護(hù)動(dòng)作前變壓器電氣量無(wú)異常；到變壓器本體對(duì)瓦斯繼電器重瓦斯接點(diǎn)進(jìn)行阻值測(cè)量，測(cè)量結(jié)果同樣為1.3kW。同時(shí)對(duì)變壓器本體進(jìn)行檢查，確認(rèn)變壓器電氣一次設(shè)備無(wú)異常。確認(rèn)重瓦斯繼電器接點(diǎn)絕緣異常，立即更換故障瓦斯繼電器。更換完畢，現(xiàn)場(chǎng)模擬重瓦斯信號(hào)試驗(yàn)結(jié)果正常，測(cè)量保護(hù)用重瓦斯接點(diǎn)和監(jiān)控用重瓦斯接點(diǎn)絕緣均大于200MW，重瓦斯保護(hù)功能正常。

事后對(duì)故障瓦斯繼電器（其外觀如圖2所示）解體檢查，發(fā)現(xiàn)瓦斯繼電器干簧管固定接點(diǎn)兩極的玻璃管根部有發(fā)黑痕跡，接點(diǎn)觸頭處于斷開(kāi)狀態(tài)下極間絕緣仍然較低。檢查還發(fā)現(xiàn)干簧管出現(xiàn)裂紋使本應(yīng)該真空環(huán)境的干簧管內(nèi)部充滿了油，由于在干簧管制造時(shí)在玻璃管根部需要對(duì)接點(diǎn)兩極進(jìn)行固定和密封、以及焊接外引線等工作，因此分析可能是在制造環(huán)節(jié)中存在瑕疵，在正常投運(yùn)后逐步發(fā)展至兩極絕緣下降。通過(guò)對(duì)故障瓦斯繼電器的解體檢查分析，確認(rèn)本次跳閘事故的直接原因是，由于重瓦斯保護(hù)用的瓦斯繼電器干簧管接點(diǎn)間絕緣降低，從而導(dǎo)致重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)出口。發(fā)黑的玻璃管根部如圖3所示。

3 預(yù)防措施

瓦斯繼電器動(dòng)作情況按動(dòng)作后果分為重瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘和輕瓦斯保護(hù)發(fā)信。重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作的影響和損失都比較大，是我們特別應(yīng)該控制和預(yù)防的。變壓器輕瓦斯故障長(zhǎng)期發(fā)展下去也可能發(fā)展為重瓦斯故障，最終導(dǎo)致重瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘。所以在發(fā)現(xiàn)輕瓦斯發(fā)出報(bào)警信號(hào)后，運(yùn)行及維護(hù)人員需及時(shí)采取措施，立即對(duì)變壓器進(jìn)行檢查，分析動(dòng)作原因，若瓦斯繼電器內(nèi)的氣體為無(wú)色、無(wú)臭且不可燃，色譜分析判斷為空氣，則變壓器可繼續(xù)運(yùn)行，并及時(shí)消除進(jìn)氣缺陷；若氣體是可燃或油中溶解氣體分析結(jié)果異常時(shí)，則應(yīng)綜合判斷確定變壓器是否停運(yùn)，所事態(tài)變壓器故障控制持續(xù)發(fā)展。

引起瓦斯保護(hù)誤動(dòng)的原因是多方面的，從設(shè)計(jì)制造到日常運(yùn)行、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)，都必須采取相應(yīng)的針對(duì)措施以及進(jìn)行全流程、全方位的針對(duì)性的防護(hù)措施，以達(dá)到杜絕瓦斯保護(hù)誤動(dòng)的目的。

1）瓦斯繼電器校驗(yàn)時(shí)，對(duì)于支架長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況予以調(diào)節(jié)，瓦斯繼電器雙接點(diǎn)結(jié)構(gòu)中，需對(duì)干簧管接點(diǎn)引線根據(jù)實(shí)際情況給予調(diào)整，并對(duì)二次電纜進(jìn)行檢查，保證瓦斯保護(hù)二次回路電纜絕緣正常，并做好相關(guān)記錄。

2）制定瓦斯繼電器檢查、更換時(shí)間表，并定期對(duì)瓦斯繼電器外觀進(jìn)行檢查。干簧管的外觀應(yīng)完好無(wú)損，采用雙螺絲固定，并采取一定的緩沖措施。此外，在進(jìn)行設(shè)備選擇時(shí)，一定要選擇質(zhì)量上乘、接點(diǎn)鍍銀的干簧管，有條件的最好選擇引線焊接點(diǎn)熱塑包封結(jié)構(gòu)。

3）變壓器在新裝、大修、事故檢修或換油完畢初次投入運(yùn)行時(shí)，為避免瓦斯保護(hù)誤動(dòng)，施加電壓前應(yīng)先靜止，靜止時(shí)間應(yīng)嚴(yán)格遵守國(guó)家相關(guān)規(guī)定。充電前投入重瓦斯保護(hù)，充電無(wú)異常后退出重瓦斯保護(hù)，運(yùn)行后24h后，檢查瓦斯繼電器內(nèi)無(wú)氣體后方能將投入重瓦斯保護(hù)。

4）當(dāng)變壓器在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到瓦斯氣體含量持續(xù)上升時(shí)，要及時(shí)采油樣化驗(yàn)，分析可能原因，有必要的情況下可以聯(lián)系廠家技術(shù)人員共同分析，運(yùn)行人員還應(yīng)加強(qiáng)對(duì)瓦斯氣體含量的記錄，做好對(duì)比，防止事故發(fā)生。

5）對(duì)于室外式主變，瓦斯繼電器一定要安裝防護(hù)罩，并且要牢固可靠；電源及二次回路、接線端子應(yīng)密封良好，還要采取相應(yīng)的防風(fēng)、防雨、防凍的措施，并定期檢查和記錄。

6）定期對(duì)主變油質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，并做好記錄，持續(xù)觀測(cè)油質(zhì)變化情況。

7）嚴(yán)格落實(shí)反事故技術(shù)措施，確保繼電器接線、安裝等均符合二十五項(xiàng)反措要求（各項(xiàng)具體要求見(jiàn)《防止電力生產(chǎn)重大事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求實(shí)施細(xì)則》第15條防止大型變壓器損壞和互感器爆炸事故）[4]。

4 結(jié)論

瓦斯保護(hù)是油浸式變壓器的主保護(hù)之一，為變壓器的安全運(yùn)行提供可靠保證。在日常工作中，運(yùn)行及維護(hù)人員應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)學(xué)習(xí)，熟悉瓦斯保護(hù)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作原理以及可能引起瓦斯保護(hù)動(dòng)作的各種因素。這不僅可以提高運(yùn)行維護(hù)人員的業(yè)務(wù)能力，還可以使其在瓦斯保護(hù)動(dòng)作后，根據(jù)相應(yīng)的故障現(xiàn)象，及時(shí)分析判斷事故原因，采取相應(yīng)措施，為電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

[1] 陳仁剛, 楊榮華, 曲文韜, 等. 一起500kV變壓器內(nèi)部放電故障的檢測(cè)與分析[J]. 電氣技術(shù), 2014, 15(12): 106-109, 122.

[2] 安貴元, 高輝, 楊雪梅, 等. 在線監(jiān)測(cè)在高壓電氣設(shè)備工況分析中的典型應(yīng)用[J]. 電氣技術(shù), 2014, 15(8): 68-69.

[3] 徐曼麗, 李金輝, 劉海濤. 變壓器油中乙炔快速增長(zhǎng)的故障分析及處理[J]. 電氣技術(shù), 2014, 15(5): 126-127.

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[7] 國(guó)家能源局. DL/T 5044—2014. 防止電力生產(chǎn)事故的二十五項(xiàng)重點(diǎn)要求實(shí)施細(xì)則[S].

The Main Analysis of Power Transformer Gas Protection Fault and Preventive Measure

Cao Tieshan Dong De Zeng Yong Yang Rong

(China Yangtze Power Co., Ltd, Yichang, Hubei 443133)

The main transformer gas protection is a main protection for oil immersed transformer, its proper motion is very important for the operation of the transformer. In this paper, by analysis of a transformer heavy gas protection action accident, we find the reason about the fault, and how to preventing the gas relay malfunction.

gas relay; main transformer; gas protection; dry reed pipe; preventive measure

曹鐵山（1983-），男，工學(xué)學(xué)士，工程師，研究方向?yàn)樗娬景踩\(yùn)行與控制。