主变压器瓦斯保护的安全运行探讨

2012-07-04刘胜军

电力安全技术 2012年6期

刘胜军

(江苏省电力公司检修分公司，江苏南京 210008)

瓦斯保护是电力变压器本体最重要的保护之一。根据规定，容量在800 kV·A 及以上的电力变压器均应装设气体继电器作为电力变压器主保护的非电量保护。该保护能反映变压器油位下降、绝缘击穿、部件受潮发热或者局部放电等故障，对变压器内部故障，特别是轻微的匝间短路有比差动保护更高的灵敏度，目前还没有可以取代它的保护。变压器使用的气体继电器型号很多，目前大量采用QJl-25、50、80，QJ2-80 等型号，同时还有部分国外进口的EMB、COMEN 等公司的产品。

1 瓦斯继电器动作情况

1.1 事故概况

某500 kV 变电站因HGIS 设备5003 开关C相主变侧50032 刀闸气室内发生单相接地故障，造成500 kV 3 号变压器跳闸，同时在短路电流的冲击下500 kV 2 号主变重瓦斯误动作。系统故障前的运行方式如图1 所示。

图1 故障前的运行方式

1.2 事故分析

事故发生后，继电保护动作情况为：3 号主变第1 套(第2 套)纵差、分差速断动作，2 号主变本体重瓦斯动作，故障相别均为C 相。一次设备现场检查情况为：2 号主变C 相瓦斯继电器内重瓦斯浮球落下(说明重瓦斯保护动作)，3 号主变5003 开关HGIS 设备气体压力指示、外观均正常。故障录波得到的故障电流幅值与分布如图2 所示。

图2 故障电流幅值与分布

初步判断故障点位于3 号主变高压侧C 相套管流变与HGIS 设备之间，属于差动保护区内故障，2 套差动保护均正确动作。2 号主变故障电流约为额定电流的2 倍，属穿越性电流，2 号主变未发生故障，而是在3 号主变HGIS 设备故障时发生了不正确动作。

故障后2 h，检修人员对油样进行了精确分析。结果为：2 号主变C 相各项指标均在合格范围内，50032 隔离开关C 相气室内的SO2值明显大于5003 断路器C 相气室，A、B 两相均未检出分解物。据此判断，故障点在50032 的C 相隔离开关气室内部，C 相断路器气室内的SO2是由于开断短路电流产生的(事后对50032 隔离开关解体后发现绝缘拉杆被击穿可以证明这点)。

2 瓦斯继电器动作原因分析

2.1 瓦斯继电器工作原理

2 号主变配备有德国EMB 公司生产的BF80/10/8 型瓦斯继电器。该型号瓦斯继电器安装在变压器主油箱和油枕之间的连管上，为双浮球结构，双浮球气体继电器的下浮子位于其油流主通道上部。正常运行时，气体继电器内充满变压器油，2个浮子浮起，位于其最上部。该类型的气体继电器有3 种保护功能：

(1)轻瓦斯动作(报信号)；

(2)重瓦斯动作(正常运行中投跳闸)；

(3)低油面动作(与重瓦斯共用接点，正常运行中投跳闸)。

当变压器内部轻微故障，燃弧产生气体，气体上升，迫使油位下降，上浮球(轻瓦斯)下沉，使接点动作发出轻瓦斯动作信号，如图3 所示。

图3 轻瓦斯动作示意

当变压器严重漏油使上浮球(轻瓦斯)和下浮球(重瓦斯)下沉，导致气体继电器的信号和跳闸接点都动作，发出轻瓦斯动作信号并跳开主变各侧的断路器，具体情况如图4 所示。

当变压器内部发生严重故障，燃弧产生大量气体，迫使油流涌动，冲击挡板并克服下浮球的制动力矩，使跳闸(重瓦斯)接点动作并跳开主变各侧的断路器，具体动作如图5 所示。

图4 轻瓦斯联跳断路器动作示意

图5 重瓦斯联跳断路器动作示意

2.2 瓦斯继电器误动作分析

根据2 号主变重瓦斯动作后对一、二次设备的检查情况，可以排除瓦斯继电器绝缘受潮或二次接线错误引起保护动作的情况。同时，对变压器本体进行检查以及对变压器油取样进行色谱分析，可以判断变压器本体内部无造成重瓦斯动作的短路放电现象。2 号主变瓦斯继电器浮球外观如图6 所示。

图6 2 号主变瓦斯继电器浮球外观

左边的轻瓦斯浮球呈白色，右边的重瓦斯浮球渗油现象严重，呈黄色。重瓦斯浮球内因渗油导致其浮力(即制动力)下降，使得继电器更容易动作(动作值为0.23 m/s，整定值为1.0 m/s)。合闸冲击、穿越性故障电流等因素均会引起变压器内部油流涌动进而造成瓦斯继电器误动。特别是强油循环的变压器或者负荷较重的变压器，上下层温差迫使变压器内部油流的速度加快，在正常运行中都有可能会造成瓦斯继电器误动。

本事故正是由于3 号主变50032 气室击穿后，因渗油的浮球制动力大幅度下降，2 号主变220 kV侧经由2 号主变流向故障点的穿越性电流造成油流涌动或震动，导致了2 号主变C 相气体继电器误动，且动作后由于浮球内渗油使得重气体继电器不能返回。

2.3 瓦斯保护动作的几种情况

(1)空气进入变压器。在对变压器进行换油、补充油工作，更换呼吸器硅胶工作，或者强油循环变压器潜油泵密封不良时，如果有空气进入变压器内部，就有可能使轻瓦斯保护动作。变压器内部有较轻微故障产生(如放电或过热)时，也会引起轻瓦斯保护动作。

(2)发生穿越性短路故障。变压器发生穿越性短路故障时，在故障电流作用下，油隙间的油流速度加快，当油隙内和绕组外侧的压力差变大时，瓦斯继电器就可能发生误动作。此外，穿越性故障电流还会使绕组发热，当故障电流倍数很大时，绕组温度上升很快，使油的体积膨胀，造成瓦斯继电器误动作。

(3)二次回路短路。瓦斯继电器二次信号回路发生故障时，包括信号电缆绝缘损坏短路、端子排接点短路，会引起干簧触点闭合，造成瓦斯继电器动作。

(4)油位降至瓦斯继电器以下。环境温度骤然下降，变压器油很快冷缩造成油位降低，或者变压器本体严重漏油导致变压器油位降低，即所谓油流引起瓦斯继电器信号动作。

3 关于瓦斯保护运行维护的建议

变压器在运行过程中，瓦斯保护误动涉及到设计制造、运行维护、瓦斯继电器运行的可靠性等多方面因素，因此必须采取有力的措施进行全方位、全过程、各环节的有效管理，从而最大限度地防止瓦斯保护的误动作。

(1)应加强变压器附件(如继电器、冷却器、测温元件等)的选型、验收工作，尤其是应选用抗震性能良好、动作可靠的气体继电器。新安装的瓦斯继电器、压力释放装置和温度计等非电量保护装置必须经校验合格后方可投入使用。瓦斯继电器投运之前，以及定检和进行其他涉及瓦斯继电器的工作结束后，运行单位都应对基建、检修(检验)部门提交的安装、试验技术方案、检验报告和整定参数进行严格仔细的审核、验收。

(2)数据统计表明，瓦斯继电器误动作有30 %是因为绝缘损坏造成的。瓦斯继电器至变压器本体端子箱，以及变压器本体端子箱至继电保护跳闸回路，应使用绝缘良好，无接头、无中转，截面积不小于2.5 mm2的电缆连接；同时瓦斯继电器应具备防雨、防震和防误碰的有效措施。

(3)运行中的变压器瓦斯继电器，在进行下述工作时，应将重瓦斯保护改接信号：

① 变压器进行加油和滤油时；

② 更换变压器呼吸器硅胶时；

③ 除对变压器取油样和在瓦斯继电器上部打开放气阀门放气以外，在其他所有地方打开放气和放油阀门时；

④ 开闭瓦斯继电器联接管上的阀门时；

⑤ 在瓦斯保护及其相关二次回路上工作时。

(4)切实做好主变压器的日常巡视检查工作，注意变压器本体尤其是潜油泵等设备是否有渗油情况，对发现的缺陷和隐患及时上报处理。定期对变压器本体取油样进行色谱分析并对变压器油含气量测试，同时做好防止外部空气渗入变压器的相关措施。