引言

近年來(lái),由變壓器瓦斯保護(hù)動(dòng)作而引起的變壓器開(kāi)關(guān)跳閘事故在各個(gè)電壓等級(jí)的變電站經(jīng)常發(fā)生,使得變壓器甚至電力系統(tǒng)的供電可靠性及穩(wěn)定性均受到了嚴(yán)重的影響。因此,調(diào)試技術(shù)人員及變電運(yùn)行人員必須掌握變壓器瓦斯保護(hù)動(dòng)作產(chǎn)生的原因,才能預(yù)防故障的產(chǎn)生或者針對(duì)產(chǎn)生的故障進(jìn)行檢查和處理。

1瓦斯繼電器

變壓器上常用的一種非電量保護(hù)裝置稱為瓦斯繼電器(又叫做"氣體繼電器"),其安裝位置通常位于儲(chǔ)油柜和油箱之間的管道上(圖1),在變壓器內(nèi)部故障(如繞組內(nèi)部斷線、鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、匝間和層間短路及絕緣劣化、導(dǎo)線焊接不良或分接開(kāi)關(guān)接觸不良、油面下降或漏油等)造成絕緣油分解產(chǎn)生氣體或造成油流涌動(dòng)時(shí),促使繼電器內(nèi)部輔助接點(diǎn)閉合,通過(guò)保護(hù)二次回路的接通來(lái)啟動(dòng)非電量保護(hù)裝置,并及時(shí)發(fā)出信號(hào)告警,然后跳開(kāi)變壓器各側(cè)開(kāi)關(guān),自動(dòng)切除變壓器。

為了避免氣體在管路內(nèi)流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生窩氣的現(xiàn)象,瓦斯繼電器的安裝位置應(yīng)設(shè)置有2%~4%的安裝坡度,并采用有利于二次接線頭防水的安裝方式。

2瓦斯繼電器的動(dòng)作原理

從目前來(lái)看,絕大多數(shù)變壓器仍然使用的是0J一80(0J代表的是氣體繼電器,80則代表的是油管半徑)型氣體繼電器。

圖2為0J1一80氣體繼電器結(jié)構(gòu)圖,從圖中可以看出,其上開(kāi)口杯接信號(hào)回路,下?lián)醢鍎t接跳閘回路。

在變壓器正常運(yùn)行期間,變壓器油是充滿于瓦斯繼電器內(nèi)部空間的。

在正常運(yùn)行狀態(tài)過(guò)程中,當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微故障(如放電或過(guò)熱故障)的時(shí)候,變壓器油或者固體絕緣材料會(huì)隨著故障的發(fā)生而產(chǎn)生分解,并產(chǎn)生諸如氫氣、低分子烴類氣體以及一氧化碳、二氧化碳等氣體,而這些氣體會(huì)隨著變壓器油的對(duì)流循環(huán)運(yùn)動(dòng)至氣體繼電器處,隨著時(shí)間的推移,在繼電器頂部,這些氣體將緩慢聚集并形成一定的氣體壓力,壓低油面高度。此時(shí),隨著油面的降低,開(kāi)口杯5所受浮力減小并發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),磁鐵4與干簧接點(diǎn)15碰觸,隨之接點(diǎn)閉合并發(fā)出輕瓦斯報(bào)警信號(hào)。

當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生嚴(yán)重故障(如匝間和層間短路故障)時(shí),故障點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生高溫電弧,變壓器油迅速分解,并產(chǎn)生出大量的氣體,這些氣體具有一定的壓力并向油枕處運(yùn)動(dòng)。而變壓器油是具有黏滯性的,氣體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)形成油流并沖擊擋板10。擋板翻轉(zhuǎn)帶動(dòng)磁鐵11與干簧管13靠近,直至觸碰,接通保護(hù)跳閘回路,跳開(kāi)變壓器各側(cè)開(kāi)關(guān)并發(fā)出重瓦斯動(dòng)作信號(hào)(圖3)。

3瓦斯保護(hù)動(dòng)作原因分析

有多種原因能引起變壓器瓦斯保護(hù)動(dòng)作,既有可能是變壓器外部原因引起的,也有可能是由變壓器內(nèi)部故障造成的。

3.1空氣進(jìn)入變壓器

空氣進(jìn)入變壓器后引起瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作是比較常見(jiàn)的非電量故障現(xiàn)象,而空氣有可能通過(guò)以下幾種途徑進(jìn)入變壓器。

(1)變壓器換油或補(bǔ)油時(shí):

在換油或補(bǔ)油前,沒(méi)有徹底對(duì)變壓器油進(jìn)行真空脫氣處理,又或是注油過(guò)程未嚴(yán)格按照真空注油工藝進(jìn)行,都會(huì)使空氣進(jìn)入油箱。當(dāng)變壓器正常運(yùn)行時(shí),這些氣體會(huì)通過(guò)本體循環(huán)及鐵芯的磁滯現(xiàn)象逐漸匯聚上升至繼電器,從而引起輕瓦斯信號(hào)動(dòng)作。

(2)更換變壓器呼吸器內(nèi)吸附劑時(shí):

當(dāng)更換呼吸器內(nèi)干燥劑時(shí),由于靜置時(shí)間較短,空氣未徹底排凈,其通過(guò)呼吸器進(jìn)入油箱,通過(guò)本體循環(huán)匯聚至瓦斯繼電器,進(jìn)而引起輕瓦斯信號(hào)動(dòng)作。

(3)變壓器進(jìn)行強(qiáng)油循環(huán)時(shí):

變壓器強(qiáng)油循環(huán)時(shí)需使用潛油泵,而潛油泵在工作時(shí)是會(huì)產(chǎn)生微負(fù)壓的,空氣會(huì)經(jīng)由密封不良的縫隙處進(jìn)入變壓器本體循環(huán),并逐漸匯聚上升至瓦斯繼電器,進(jìn)而造成輕瓦斯信號(hào)動(dòng)作。

3.2變壓器滲漏油

變壓器在正常運(yùn)行過(guò)程中,由于本體某些部位或注、放油閥門發(fā)生嚴(yán)重漏油,造成本體油位快速降低,瓦斯繼電器內(nèi)油位也會(huì)隨著本體油位的降低而降低,引起瓦斯保護(hù)動(dòng)作。

3.3環(huán)境溫度驟降

變壓器在進(jìn)行真空注油時(shí),一般會(huì)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境情況以及油位一溫度曲線圖來(lái)確定變壓器的正常運(yùn)行油位。而當(dāng)發(fā)生氣溫驟降的情況時(shí),由于環(huán)境溫度驟然下降,變壓器油會(huì)隨著溫度驟降而迅速發(fā)生冷縮,進(jìn)而造成油位下降,引起瓦斯信號(hào)動(dòng)作。

3.4二次信號(hào)回路故障

瓦斯繼電器接線盒中設(shè)有信號(hào)接點(diǎn)接線端子,通過(guò)控制電纜接入非電量保護(hù)裝置(重瓦斯信號(hào)接點(diǎn)串入斷路器跳閘回路)。當(dāng)發(fā)生接線盒中進(jìn)水、控制電纜絕緣損壞短路、變壓器本體端子箱或保護(hù)屏端子排接點(diǎn)短路等情況時(shí),可能導(dǎo)致動(dòng)作信號(hào)觸點(diǎn)閉合,引起保護(hù)動(dòng)作。

3.5變壓器內(nèi)部故障

如果變壓器繞組接頭焊接質(zhì)量不高,其焊接點(diǎn)接觸電阻便會(huì)增大。變壓器投入運(yùn)行后,繞組接頭處就會(huì)由于發(fā)熱而產(chǎn)生氣體,進(jìn)而引起輕瓦斯信號(hào)動(dòng)作。

而另外一種情況則是變壓器本體內(nèi)部發(fā)生了嚴(yán)重故障,比如鐵芯故障、繞組多相短路、繞組與鐵芯或殼體間短路、調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)接觸不良、套管內(nèi)部故障等。這些原因均可能導(dǎo)致變壓器發(fā)熱,甚至產(chǎn)生電弧,進(jìn)而促使變壓器油發(fā)生分解,引起保護(hù)動(dòng)作跳閘。

4瓦斯保護(hù)動(dòng)作后的檢查處理方法

發(fā)出輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作信號(hào)時(shí),是發(fā)生了輕微故障;而發(fā)出重瓦斯保護(hù)動(dòng)作,則是發(fā)生了嚴(yán)重故障。

4.1輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作的檢查和處理辦法

在變壓器運(yùn)行過(guò)程中,后臺(tái)突然發(fā)出輕瓦斯告警信號(hào)。此時(shí),變電站值班人員應(yīng)首先將音響信號(hào)復(fù)歸,并密切監(jiān)視變壓器的油溫以及電流、電壓的變化,然后立即前往變壓器處進(jìn)行檢查。值班人員應(yīng)逐步進(jìn)行檢查判斷:首先,繞行變壓器一周,檢查其本體和冷卻系統(tǒng)的各個(gè)閥門以及管路法蘭和螺栓連接處是否存在滲漏油現(xiàn)象,若有,應(yīng)立即匯報(bào)并采取相應(yīng)的堵漏處理措施;觀察變壓器油枕處油位計(jì)的油位指示是否正常,若不正常,判斷是否是環(huán)境溫度驟降造成的。如若輕瓦斯告警不是由上述原因所引起的,則須使用萬(wàn)用表來(lái)檢查瓦斯保護(hù)信號(hào)二次回路是否存在接點(diǎn)短路、直流接地等故障缺陷,若有,則應(yīng)立刻設(shè)法消除二次回路故障缺陷。如果二次回路也正常,此時(shí)則應(yīng)檢查瓦斯繼電器。一般來(lái)說(shuō),輕瓦斯保護(hù)只發(fā)告警信號(hào),并不出口跳變壓器開(kāi)關(guān),所以此時(shí)的變壓器仍然處于運(yùn)行狀態(tài)。而瓦斯繼電器裝于變壓器頂部、油枕下方,所以上去檢查時(shí)應(yīng)做好安全措施,并設(shè)有專人監(jiān)護(hù)。由于變壓器滲漏油、油位降低以及二次回路故障均不可能引發(fā)氣體匯聚于瓦斯繼電器內(nèi)而引起輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作,所以,如果瓦斯繼電器內(nèi)并無(wú)氣體聚集,應(yīng)再次進(jìn)行外觀及二次回路檢查,直至找出保護(hù)動(dòng)作的原因。如若發(fā)現(xiàn)瓦斯繼電器內(nèi)聚集有氣體,則應(yīng)利用繼電器上的排氣口收集瓦斯氣體,送至化驗(yàn)中心驗(yàn)明氣體的性質(zhì),然后根據(jù)得出的分析結(jié)論來(lái)選擇是采取繼續(xù)監(jiān)視運(yùn)行還是立即停運(yùn)的處理措施。

例如:2018年12月,山西大同新建110kV昊昀變電站1#主變投入運(yùn)行,昊昀站是50Mw光伏發(fā)電配套的匯集站。投運(yùn)時(shí)是白天,天氣晴好,環(huán)境溫度在-5℃左右,經(jīng)沖擊后1#主變順利投運(yùn),油位以及油溫均正常。到了晚上,中控后臺(tái)突然發(fā)出輕瓦斯保護(hù)告警信號(hào),經(jīng)值班人員檢查發(fā)現(xiàn),除油枕上油位指示降低外并無(wú)其他異常,因此可以確定不是主變壓器故障,而是由于當(dāng)晚氣溫突然降至-26°,且晚上光伏發(fā)電單元也無(wú)法運(yùn)行發(fā)電,主變壓器無(wú)負(fù)荷電流,油溫下降造成油位下降,導(dǎo)致主變壓器運(yùn)行中突然發(fā)出輕瓦斯保護(hù)動(dòng)作信號(hào),經(jīng)過(guò)分析,決定主變壓器保持運(yùn)行。第二天日出后,光伏陣列恢復(fù)發(fā)電,變壓器負(fù)荷增加,油溫逐漸回升,油位隨之恢復(fù)正常,輕瓦斯保護(hù)告警信號(hào)復(fù)歸。

4.2重瓦斯保護(hù)動(dòng)作的檢查和處理辦法

變壓器正常運(yùn)行狀態(tài)下,若突然發(fā)出重瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘信號(hào),并跳開(kāi)變壓器各側(cè)開(kāi)關(guān),此時(shí),應(yīng)該認(rèn)為變壓器內(nèi)部有非常大的可能發(fā)生了嚴(yán)重故障,這種情況下的處理就應(yīng)當(dāng)十分謹(jǐn)慎了。首先,變電值班人員應(yīng)立即復(fù)歸后臺(tái)的事故音響信號(hào),并查看事故報(bào)文,了解事故發(fā)生的情況:斷路器跳閘的時(shí)間、后臺(tái)記錄的保護(hù)報(bào)文以及故障錄波裝置上斷路器跳閘時(shí)變壓器各側(cè)電壓、電流波形的波動(dòng)情況:然后去現(xiàn)場(chǎng)檢查故障變壓器:檢查變壓器各側(cè)開(kāi)關(guān)是否確已跳開(kāi),檢查殼體是否變形,焊縫是否開(kāi)裂滲漏油,是否噴油或冒煙,檢查實(shí)際油溫、油位是否正常,繼電器內(nèi)有無(wú)氣體:檢查完畢后再到運(yùn)行后臺(tái)和保護(hù)測(cè)控屏處檢查各電壓等級(jí)的母線℃P的電壓是否正常。如果能確定是由內(nèi)部故障引發(fā)的重瓦斯保護(hù)動(dòng)作,則當(dāng)值運(yùn)行人員應(yīng)立刻通知相關(guān)專業(yè)人員收集本體油樣及瓦斯繼電器內(nèi)聚集氣體的氣樣、油樣,分別做氣相色譜分析。若上述檢查均正常,則應(yīng)檢查瓦斯保護(hù)二次回路是否存在故障,直流系統(tǒng)絕緣是否存在接地故障,以此來(lái)判斷是否是保護(hù)誤動(dòng)或者斷路器誤動(dòng)。

5結(jié)語(yǔ)

一般而言,在變壓器運(yùn)行過(guò)程中,由瓦斯保護(hù)動(dòng)作引起的跳閘事故產(chǎn)生的后果比較嚴(yán)重。因此,為了保障電力系統(tǒng)的供電可靠性及穩(wěn)定性,作為變電運(yùn)行人員,對(duì)發(fā)生瓦斯保護(hù)動(dòng)作的原因必須牢固掌握,這樣,當(dāng)發(fā)生瓦斯保護(hù)動(dòng)作信號(hào)時(shí),才能根據(jù)動(dòng)作現(xiàn)象,查明動(dòng)作的真正原因,作出正確的判斷,并立即采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理,避免事故繼續(xù)擴(kuò)大,或防止未來(lái)發(fā)生事故,確保變壓器能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。