一起变压器重瓦斯动作引发的思考

宋述勇，郝 伟，张 悦

（山西电力科学研究院，山西 太原 030001）

一起变压器重瓦斯动作引发的思考

宋述勇，郝 伟，张 悦

（山西电力科学研究院，山西 太原 030001）

以某变电站一台变压器因油位降低导致重瓦斯动作为例，通过对比分析国内外不同类型的瓦斯继电器结构和工作原理，结合现场检验分析，对此次瓦斯继电器动作情况给出明确结论，并举一反三提出了关于瓦斯继电器的若干建议。

重瓦斯；轻瓦斯；油位；浮筒；挡板

大学电力系统自动化专业，硕士，高级工程师，从事继电保护试验及研究工作；

郝 伟（1979-），男，山西太原人，2008年毕业于华北电力大学电力系统自动化专业，硕士，工程师，从事继电保护调试工作；

张 悦（1965-），女，山西太原人，1988年毕业于太原工业大学电力分校电力系统及其自动化专业，高级工程师，从事继电保护仿真研究工作。

0 引言

2011年，500kV某变电站1号主变压器油位降低，先后发出油位降低和轻瓦斯信号，后本体重瓦斯保护动作掉闸，跳开1号主变压器三侧断路器主变，主变电气量保护未动作，故障录波显示，三侧电流对称、无突变，保护装置信号、后台机光字均正确。经现场检查，二次回路和变压器本体无异常，变压器B相油位极低。初步判断是油位降低引起重瓦斯跳闸。油位降低能导致重瓦斯跳闸是正确的，其他文献中也经常提到，但关键是取决于瓦斯继电器的结构。

目前国内瓦斯继电器大多采用挡板型继电器，其信号回路接上开口杯，跳闸回路接下挡板。那么采用纯挡板结构的瓦斯继电器是否也能保护油位降低呢？在此次事故分析中，瓦斯继电器保护油位降低的问题引起了大家的重视和关注。

1 瓦斯继电器的结构分类和工作原理

目前，电力变压器大多数是油浸式变压器。“瓦斯继电器是变压器内部故障的主要保护元件，对变压器匝间和层间短路、铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线、分接开关接触不良及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。但不能反映油箱外部电路(如引出线上)的故障。”这是文献或论文中经常论述瓦斯继电器时提到的，但是很少有文献提到瓦斯继电器的结构不同，保护油位降低的功能也不同。下面先了解瓦斯继电器的基本动作原理。

当油浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧将使绝缘材料分解并产生大量的气体，其强烈程度随故障的严重程度而不同。瓦斯保护就是利用反应变压器内部气体状态的瓦斯继电器（又称气体继电器）来保护变压器。它安装在油箱与油枕之间的联接管中，油箱内的气体可通过瓦斯继电器流向油枕。

1.1 瓦斯继电器的分类

目前，国内外采用的瓦斯继电器有三种形式:浮筒式、挡板式和复合式(FJ3-80和QJ-80型)。国外的瓦斯继电器多为浮筒式结构（EMB型），采用双浮子结构；国内采用的多为上开口杯下挡板结构（挡板和浮筒工作原理相同）。下面详细介绍这两种结构的瓦斯继电器动作原理。先分析该变电站采用的德国产的EMB双浮子结构瓦斯继电器动作原理。

1.2 双浮子瓦斯继电器结构及工作原理

在通常工作状态下，瓦斯继电器充满了绝缘液体。由于浮力，浮子处在最高位置。当变压器内部出现如下几种故障时，瓦斯继电器将会做出如下的反应[1]。

a）第一种情况，气体积累，如图1所示。故障：在绝缘液中有自由气体。反应:液体中的气体上升，聚集在瓦斯继电器内并挤压绝缘液。随着液面的下降，上浮子也一同下降。通过浮子的运动，将带动一个开关元件（磁性开关管），由此启动报警信号。但下浮子不受影响，因为一定量的气体是可以通过管道向储液罐流动。

图1 气体积累工作原理

b）第二种情况，绝缘液流失，如图2所示。故障：由于渗漏造成绝缘液流失。反应：随着液体水平面的下降，上浮子也同时下沉，此时发出报警信号。当液体继续流失，储液罐、管道和瓦斯继电器被排空。随着液体水平面的下降，下浮子下沉。通过浮子的运动，带动一个开关元件，由此切断连接变压器的电源。

图2 绝缘液流失工作原理

c） 第三种情况，绝缘液故障，如图3所示。故障：由于一个突发性的不寻常事件，产生了向储液罐方向运动的压力波流。反应：压力波流冲击安装在流动液体中的挡板，压力波流的流速超过挡板的动作灵敏度，挡板顺压力波流的方向运动，开关元件因此被启动，由此变压器跳闸。

图3 绝缘液故障工作原理

1.3 复合式瓦斯继电器结构及工作原理

挡板式瓦斯继电器是将浮筒式瓦斯继电器的下浮筒换成挡板，而上浮筒仍保留，目前越来越多地用开口杯代替浮筒，而复合式瓦斯继电器采用挡板加开口杯结构。如图4所示。

图4 复合式瓦斯继电器的结构

a）正常运行时，继电器内充满了油，上、下开口杯都浸在油内。由于开口杯及附件在油内的重力所产生的力矩比平衡锤产生的力矩小，因此，开口杯处于上升位置，磁力接点断开。

b）当变压器内部发生轻微故障时，产生较少的气体（称轻瓦斯），此气体上升到油面并聚集在继电器上方，使油面下降，上开口杯露出油面。上开口杯及附件在空气中的重力加上杯内油的重量，所产生的力矩大于平衡锤所产生的力矩，因此，开口杯顺时针方向转动，带动磁铁，使上方的磁力接点接通，发出延时轻瓦斯信号。

c）变压器内部发生严重故障时，产生大量的气体（称重瓦斯），由于这些气体的膨胀使油面上升，因油箱与油枕的联接管道较油箱细得多，故其中油的流速将很大，形成强烈的油流，冲击挡板带动下开口杯转动，使下磁力接点接通，发出断路器跳闸脉冲。

d）当变压器严重漏油而使油面极低时，造成瓦斯继电器储油器内的油面不断下降，先形成上开口杯转动，发生轻瓦斯信号，随后，油面继续下降，下开口杯转动，发生断路器跳闸脉冲。

1.4 不同结构瓦斯继电器的不同特点

通过上述介绍可知，挡板式的挡板结构不随油面下降而动作，而是在油的流速达到定值时才动作，所以挡板式瓦斯继电器遇到油面下降或严重缺油时，不会造成重瓦斯跳闸；而开口杯和浮子的工作原理相同；国外采用的浮筒式瓦斯继电器和国内采用的复合式瓦斯继电器工作原理基本相同，都能反映油位降低异常现象。

2 分析结论和应采取的措施

该500kV变电站1号主变压器本体重瓦斯保护动作事故经现场检查分析认为，变压器B相油位降低是导致重瓦斯跳闸出口的原因，符合重瓦斯继电器工作原理，变压器非电量保护正确动作。

此次事故中，在油位降低和轻瓦斯相继报警的情况下，运行人员未能及时查明原因并采取措施，最终导致重瓦斯跳闸出口，对电网造成一定影响。幸亏该变电站采用了双浮子结构的瓦斯继电器，对运行人员的错误判断起到了弥补作用，如果该变电站采用纯挡板型瓦斯继电器，那后果不堪设想。本着举一反三的原则，充分吸取此次事故的经验教训，建议做好如下工作。

a）变压器瓦斯继电器宜采用双浮筒或复合式结构，以保护变压器油位降低异常现象，新投产的变压器应把好瓦斯继电器选型关。

b）对于已投入运行的变压器，各单位应统计管辖范围内瓦斯继电器的型号和结构，采用挡板类瓦斯继电器的变压器宜结合变压器大小修更换为双浮子或复合型瓦斯继电器，避免变压器油位严重降低时不能切断变压器电源。

c）应加强变压器油位（储油柜等处） 的精确监测，若发现油位异常或油位低报警，应及时采取措施，确保变压器油位处于正常水平。

d）严格按照相关规程，加强瓦斯继电器和油位计的定值整定和定期检验工作，保证非电量保护的可靠正确动作。

Reflection on the Heavy Gas Relay Action of a Transformer

SONG Shu-yong，HAO Wei，ZHANG Yue
（Shanxi Electric Power Research Institute，Taiyuan，Shanxi030001，China）

Taking heavy gas protection action caused by lowered oil level of a transformer as an example,different types of gas relay home and abroad are compared and analyzed in terms of the structure and working principles.Based on the analysis of field test，the situation of gas protection action is summarized and suggestions are put forward on gas relay protection.

heavy gas；light gas；oil level；float；baffle

TM772

B

1671-0320（2012）05-0014-03

2012-06-30，

2012-07-16

宋述勇（1971-），男，山西交城人，1995年毕业于武汉