变压器有载轻瓦斯频繁动作故障分析

云南电网有限责任公司玉溪供电局 邱香丽

电力变压器是电力设备中极其重要的设备，其运行的可靠性直接关系着整个电力系统的安全与稳定[1]。电力系统是一个复杂的系统，由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成，各环节之间的设备又是紧密相连的，作为变电环节中关键设备的变压器一旦发生故障，将对供电可靠性和系统的正常运行带来严重影响，甚至会使整个电力系统瘫痪瓦解，从而影响电力供应及用户用电，严重时甚至会使工业生产出现巨大的财产损失，给人们的生活生产带来诸多不便[2]。

变压器的瓦斯保护是反映变压器内部故障的一种保护，实际运行中的变压器当过载发热、铁芯局部发热、漏磁导致油箱发热等油分解的气体上升进入瓦斯继电器集气室时，气压使油面缓慢下降，继电器随油面的落下，轻瓦斯干簧接地导通发出轻瓦斯动作的信号，油面进一步下降将引起重瓦斯动作跳闸，严重时会引起主变损坏。

本文以某变电站实际运行中的一台220kV 变压器投运后第二年内发生了4次“有载轻瓦斯动作”告警的异常现象为例，通过分析该变压器的故障现象，找到其产生原因，并最终找出解决的措施。

1 故障分析

1.1 故障现象

某变电站实际运行中的一台220kV 变压器（为烟台东源变压器有限责任公司生产的型号为SFSZ10-180000/220GY， 有载分接开关为MR 分接开关，生产的型号为M Ⅲ600Y-123/C-10193WR）投运后一年内未发生任何故障，按照相关新投运变压器首次检修标准，一年后对该主变压器进行检修，更换有载分接开关瓦斯继电器，之后的半年内发生了4次“有载轻瓦斯动作”告警的异常信号。

在第一、第二次发出“有载轻瓦斯动作”告警信号时，检修人员怀疑是因为检修时更换过瓦斯继电器后有残留气体留在管道中或变压器正常产气造成瓦斯继电器动作，只是进行排气处理。时隔两个月后再次发“有载轻瓦斯动作”告警信号时，基本可以排除因更换过瓦斯继电器后有残留气体留在管道中或变压器正常产气导致的有载轻瓦斯动作。

由于该变压器装有在线净油装置，所以在现场排气后将在线滤油装置关闭三个月来排除是否是在线滤油装置（每星期滤油一次）影响。在净油装置关闭后的一个月，该主变压器再次发出“调压轻瓦斯动作”告警信号，因此排除了在线滤油装置的原因，检查了是否因积聚空气、油位降低、二次回路故障或变压器内部故障造成的动作，结果检查气体继电器时有220mL 左右气体。当瓦斯继电器动作后，如果不能明确判别是不是变压器内部故障所致，应通过鉴别气体的性质作进一步判断。观察气体继电器内的气体颜色及试验其是否可燃，专业人员对集气盒中的气体进行了试验分析。这些气体无色、无味并且不可燃，通过色谱分析可以判断为空气。并采集了气体做油中溶解气体和水分分析，试验合格未发现异常；同时观察变压器油色谱离线并在线监测数据均未发现异常。

1.2 现场试验检查结果

变压器的轻瓦斯保护动作，一般作用于信号，以表示变压器运行异常。在实际运行中变压器发出“有载轻瓦斯动作”信号的常见原因有：密封不严使空气进入变压器；有载调压油枕中油面低于轻瓦斯浮筒；变压器内部故障产生气体；发生穿越性短路时轻瓦斯动作；气体继电器或二次回路故障；气体继电器误动作；油的耐压下降导致灭弧能力下降，使产生的气体量增大；气体继电器至开关油枕处的连接管倾斜度达不到要求，造成气体不能正常排出[3]。

变压器内部故障时主要通过瓦斯保护来切除，除此之外瓦斯保护对变压器一些常见的内部故障如：匝间和层间短路、铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏地工作[4]。以开口杯挡板式气体继电器为例，正常情况下，瓦斯继电器中充满了油，当变压器发生内部故障时，产生少量气体聚集在气体继电器上部，迫使气体继电器内的油面下降，使开口杯露出油面，因物体在气体中比在油中收到的浮力小，因此开口杯失去平衡，绕轴落下，永久磁铁随之落下，接通干簧触点，发出轻瓦斯动作信号，当变压器漏油时，同样由于油面下降而发出轻瓦斯动作信号。

通过轻瓦斯动作原理及该站信号、现场分析判断，瓦斯继电器中有200mL 气体发出“轻瓦斯动作”告警信号为正常动作信号。

针对该主变压器频繁发生“调压轻瓦斯动作”动作信号，查找相应的可能发生动作信号的部位，其产气原因均未能具体找到，为了查找产气原因，对该主变有载调压分接开关进行吊芯检查。

对有载分接开关呼吸器硅胶进行检查，未见变色现象；对有载分接开关瓦斯继电器进行检查，从观察窗进行观察未见气体，从瓦斯继电器排气孔可以排出少量气体，有载分接开关本体排气孔也排出少量气体，这些气体通过试验分析判断均为空气。

高压试验专业在吊芯前、后对该主变进行了直流电阻和分接开关特性试验，试验合格。同时对该主变有载分接开关绝缘油进行了油耐压测试，吊芯前为55kV，吊芯后为53kV，试验合格。检修专业人员对有载分接开关进行吊芯检查，发现了以下问题：第一，有载分接开关静触头出现放电烧伤痕迹；第二，有载分接开关内部存在碳化物；第三，油枕至分接开关油管坡度不满足要求，造成气体继电器内存留气体。

经检查测量发现油枕至分接开关一段油管过于水平，坡度不满足要求，检测实际运行坡度0.083%，造成回油不畅通，使气体存留在瓦斯继电器内。图1为现场测量的管道数据图。

图1 管道数据图

1.3 故障原因分析

变压器有载分接开关在正常运行时，在档位切换时有一个燃弧过程，电弧在油中燃烧就会产生较多的气体，这是原因之一，分接开关产气原因有如下几点。

第一，有载分接开关绝缘油的绝缘强度下降。对有载分接开关室内油取样进行绝缘油试验，耐压试验合格。

第二，分接开触头接触不良。当负载电流较大时，会导致触头过热，进而导致绝缘油分解气体[5]。

第三，有载分接开关调档。分接开关调档是释改变变压器绕组的匝数比来实现电压的调节，从而实现变压器运行于不同档位。在调节匝数时会产生电弧，随后在油中燃烧后分解形成气泡，随着气泡中分解的气体增加达到轻瓦斯动作的值，主变就会发出轻瓦斯动作的报警信号。主变负荷电流大时产生的气泡也会比电流小的时候大，气泡大了就会使气体的产生量增多。运行正常的分接开关，负荷较大（负载电流In ﹥450A），切换次数越多，瓦斯继电器报警越频繁[6]。反之负荷较小，开关动作次数少，继电器报警的频率也就低，间隔时间长。

第四，油室内存在局部放电源。变压器有载分接开关存在大量碳化物，碳化物在电场作用下产生局部放电，使有载分接开关绝缘油产生气体。

第五，油枕至分接开关油管角度不满足要求。变压器油枕至分接开关油管角度不满足要求，可能造成回油管路不畅通，使气体存留在瓦斯继电器内。

1.4 故障原因判断

通过以上的故障原因分析，变压器试验和绝缘油试验，有载分接开关特性试验合格。有载分接开关内部存在碳化物并不是有载分接开关气体继电器动作、告警的原因。

通过综合分析该变压器频繁发生“有载轻瓦斯动作”的主要原因为油枕至分接开关油管角度，变压器油枕至分接开关一段油管过于水平，角度不满足要求，可能造成回油管道不畅通。有载分接开关在正常运行时，在调档切换时有一个燃弧过程，电弧在油中燃烧会产生气体，因油路管道安装不规范，气体释放通道不正常，部分气体没有有效途径排出，存留在瓦斯继电器内。分接开关每动作一次产生的气体会有部分存留在瓦斯继电器内，当达到一定动作次数，瓦斯继电器内聚集的气体量就达到轻瓦斯动作告警的临界值，此时就会造成瓦斯继电器轻瓦斯动作告警。

2 解决措施

通过对该变压器有载分接开关吊芯检查，从高压试验、油化、检修三个方面对变压器有载分接开关进行详细检查，主要对该主变有载分接开关进行了直流电阻和分接开关特性试验、绝缘油耐压测试、油中溶解气体分析，以及检查是否存在放电点、触头松动、过渡电阻，以及绝缘板等。并用试验合格绝缘油对分接开关反复冲洗，彻底清理金属屑和碳化物；紧固各部位螺栓，消除金属导电件尖端，避免出现尖端放电。

而引起该变压器“有载轻瓦斯动作”的主要原因是油枕至分接开关油管角度问题，要在原来的基础使油管至油枕的坡度达到规定的值，变压器安装标准中规定，新安装变压器大盖坡度为1%～1.5%，油枕连接管坡度为2%～4%，油浸式变压器装有气体继电器时，顶盖应沿气体继电器方向的升高坡度为1%～1.5%，通过计算坡度使其满足要求的值范围，最终采用在垂直管道上剪切掉20mm 的方法，从而达到抬升油管道使其坡度满足要求。图2为改装后的管道数据图。

图2 油管改装后数据

通过该方法进行改装处理后，管道靠油枕端的垂直高度提升了18mm，达到195mm，经过测算，该段油管的水平角度为1度，水平坡度为1.76%，满足要求。保证有载分接开关在调档切换时，电弧在油中燃烧产生气体释放通道正常，气体不会存留在瓦斯继电器内，致变压器发出“有载调压轻瓦斯动作”信号。最终解决了该站220kV 主变频繁发“有载调压轻瓦斯动作”信号的问题。

3 结语

在实际运行中可能引起变压器“有载轻瓦斯动作”的原因很多，要保障变压器的正常运行就要在日常运行中加强运维。第一，对新投入运行的变压器，运行人员要加强观察有载分接开关气体继电器内气体积累情况，发现问题及时上报专业人员分析处理；第二，对运行中的变压器有载调压装置进行全面巡视维护，如瓦斯继电器是否漏油、渗油，阀门是否开启正确，油枕油位是否正确，变压器呼吸器是否正常畅通等；第三，加强有载分接开关在线滤油装置管理，降低绝缘油中杂质含量，定期对绝缘油进行取样试验等。