变压器的瓦斯保护故障分析

吕俊霞，张新春

（河南工业职业技术学院，河南 南阳 473009）

1 引言

瓦斯继电器是变压器瓦斯保护的主要元件，它安装在油箱与油枕之间的连接管中。当变压器发生内部故障时，由于油的膨胀和所产生的瓦斯气体会沿着连接管经瓦斯继电器向油枕中流动，若流动的速度达到一定值时，瓦斯继电器内部的挡板被冲动，并向一方倾斜，接通跳闸回路或发出信号。

2 保护接线及应用

瓦斯保护接线简单、动作可靠、灵敏，是反应变压器所有内部故障的一种重要保护。其原理接线如图1所示。

图1 变压器瓦斯保护原理接线图

当变压器内部发生轻微故障，使油位降低时，瓦斯继电器KG的上接点KG1动作，接通信号继电器1KS发出信号。当变压器内部发生严重故障，使瓦斯继电器KG的下接点KG2动作，接通信号继电器2KS和中间继电器KM，发出信号并使断路器跳闸。

容量为1000kVA及以上的变压器应装设瓦斯保护。

瓦斯保护逻辑图如图2所示，当瓦斯保护触点动作闭合后，要经延时（如需要瞬动保护，可以将t整定为零）动作与保护出口。

图2 变压器瓦斯保护逻辑图

2.1 瓦斯保护的基本工作原理

油箱内部发生故障（包括轻微的匝间短路和绝缘破坏引起的经电弧电阻的接地短路）时，由于故障点电流和电弧的作用，使变压器油（通常为25＃绝缘油）及其它绝缘材料因局部受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们会从油箱流向油枕的上部。当故障严重时，油会迅速膨胀并产生大量的气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流冲向油枕的上部，使继电器的接点动作，接通指定的控制回路，并及时发出信号或自动切除变压器，构成反应于上述气体而动作的保护装置称为瓦斯保护。旧式瓦斯继电器（浮筒式水银接点继电器）运行不够稳定，抗振能力差，容易因振动使水银流动，造成误动作。而开口杯挡板式瓦斯继电器具有较高的耐振能力，动作可靠。因此，在我国电力系统中推广应用的是开口杯挡板式瓦斯继电器。继电器在正常运行时，其内部充满变压器油，当变压器内部轻微故障时，变压器由于分解产生的少量气体上升并聚集在瓦斯继电器上部的气室内，迫使油面亦随之转动下降，使得上磁钢接近于一对干簧接点，动作后发出轻瓦斯故障信号。如果是严重故障，产生大量气体，同时油温升高，热油膨胀，箱体内压力剧增，形成油气流迅速冲动继电器下部挡板，使得下磁钢接近于另一对干簧接点，作用于跳闸。

2.2 瓦斯继电器的整定

瓦斯继电器的整定，可通过压差式流速试验或者油泵式油速试验设备进行，起动值按油流速度整定，一般对重瓦斯采用 0.5～1.5m/s，当变压器有强迫油循环装置时用1～1.5m/s范围，无强迫循油循环装置时用0.6～1m/s范围；对轻瓦斯采取气体在继电器内占有空间的体积来整定，范围为250～300cm3时发出信号。

3 变压器瓦斯保护动作跳闸的事故处理办法

3.1 轻瓦斯保护动作的处理

（1）轻瓦斯保护动作的现象

①预号信号电铃响式语言报警；

②掉牌、光字牌亮；

③变压器控制仪表有指示。

（2）轻瓦斯保护动作的处理办法

①复归音响；

②密切监视变压器电流、电压和温度的变化；

③检查直流系统绝缘有无接地，二次回路有无故障；

④检查油温、油位、油色是否正常，变压器内部声音有无变化，有否渗、漏油现象，油面是否低于瓦斯继电器等；

⑤如瓦斯继电器内存在氧化，则应首先排除瓦斯继电器的气体，同时收集气体和进行气体检查，如气体是无色、无臭而不可燃，则变压器仍可继续运行；若气体是白色、淡黄色、带强烈臭味或者是灰色、黑色可燃，都说明了变压器内部发生故障，则应取油样化验其闪点，若其闪点较前次低5℃以上时，应停运变压器，并联系检修进行内部检查。

⑥若瓦斯动作是因变压器油位低会漏油造成，则必须采取阻止漏油的措施并补油，必要时，应停电处理。

⑦加强运行监视，重瓦斯保护必须投入运行。

3.2 重瓦斯保护动作的处理

（1）重瓦斯保护动作现象

①蜂鸣器响或语言报警；

②变压器继电器指示灯绿灯亮；

③变压器控制仪表指示为零；

④重瓦斯信号继电器动作指示，掉牌或指示灯指示。

（2）重瓦斯保护动作处理

①如有备用变压器应立即投入运行；

②检查变压器油温、油色、油位是否正常，瓦斯继电器内有无气体，油面是否正常，防爆筒隔膜是否破裂或压力释放器是否动作，有无喷油和喷烟现象；

③拉开变压器一、二侧隔离开关测量绕组绝缘；

④若上述检查均正常，则应检查直流系统绝缘是否接地，二次回路是否有故障，以判断保护是否误动或者断路器误动；

⑤收集瓦斯继电器的气体进行鉴别（同轻瓦斯保护动作处理⑤条）；

⑥复归重瓦斯保护动作信号，将变压器解除备用并做好安全检修措施，通知检修人员处理。

4 变压器瓦斯保护故障分析

油浸式变压器是利用变压器油作为绝缘和冷却介质的。当变压器内部发生故障时，故障点局部发生高温，将使油温升高，体积相对膨胀，在短路电流和短路点电弧作用下，绝缘油和其他绝缘材料会因为受热而分解，产生的气体升到变压器顶端。变压器故障严重的程度与故障性质有关，故障越严重，产生的气体来动作的保护装置称为瓦斯保护。目前，我国采用的气体继电器主要是挡板式。

4.1 故障现象及检修

案例1：一台2000kVA变压器，正常定期检修。保护调试电压试验结束后，对主变压器本体进行清扫坚固，是使用清洗泵对主变压器进行清洗除灰的。所有工作结束后，变压器开始投运，但变压器运行几分钟就因瓦斯动作跳闸。经分析检查，在清洗泵清洗本体时，瓦斯继电器没有采取防水措施，加之瓦斯继电器接点接线盒密封不好，导致进水，正常重瓦斯接点导通，误将主变压器重瓦斯跳闸。

案例2：2002年11月6日，天气晴到多云，ZN（110kV）变电站直流屏非常“直流系统接地”告警信号不能复归。

继电保护人员达到现场后，首先测试直流系统对地电压，正极对地为“0V”，负极对地为“－220V”，判断为直流系统正极金属性直接接地故障。

采用选线方式将各线保护、控制电源熔断器逐个取下，并同时观察“直流系统接地”信号变化情况，试验见“直流系统接地”告警信号未能消失，判断直流接地与各线路的保护、控制电源无关。继续选线，当取下1＃主变压器保护电源熔断器时，“直流系统接地”信号消失，确定直流接地发生在1＃主变压器保护回路中。

用解列二次接线逐级排除的方法，先室外后室内。在1＃主变压器保护屏端子排上，当解列保护屏至1＃主变压器端子箱的回路编号为“01”电缆芯线时，“直流系统接地”告警信号消失。再在1＃主变压器端子箱内分别解列端子箱至有关各附件的回路编号“01”电缆芯线，当解列至有载调压瓦斯继电器的“01”电缆芯线时，“直流系统接地”信号消失，判断1＃主变压器有载调压瓦斯继电器二次回路有直流接地点。

电力调度人员将1＃主变压器负荷全部转移到2＃主变压器，并操作1＃主变压器停电和做好安全措施。随后将1＃主变压器及三次侧断路器控制电源端子箱全部取下，解列开有载调压瓦斯继电器二次电缆接线，摇测1＃主变压器端子箱至有载调压瓦斯继电器电缆芯线对地绝缘电阻值，都为100MΩ以上，说明电缆芯线绝缘良好。再摇测有载瓦斯继电器接线柱，见原接入回路编号为“01”的电缆芯线接线柱对地绝缘电阻值为0MΩ，从而判断有载调压瓦斯继电器内部组件的二次回路接地。

将有载调压瓦斯继电器内及其油枕变压器油放出，并用备用容器盛装好，做好防潮措施，然后断开瓦斯继电器，发现重瓦斯继干簧触点的玻璃管已全部破碎，其中至回路编号为“01”电缆芯线接线柱的干簧触点片搭落在固定触点的金属架上，另一干簧触点片悬空。若是两触点片碰撞或同时接地，将引至1＃主变压器“有载调压重瓦斯”保护误动作，会误跳1＃主变压器三侧断路器，后果严重。

一次设备检修人员将合格的备用瓦斯继电器迅速送到现场，更换有载调压瓦斯继电器，恢复其二次接线，在1＃主变压器端子箱内再摇测端子排上回路编号为“01”电缆芯线的二次回路对地绝缘，绝缘电阻值为180MΩ。投入1＃主变压器保护电源及三次侧断路器控制电源熔断器，“直流系统接地”告警信号消失，测试直流系统对地电压，正极对地为“＋110V”，负极对地为“－112V”，判断为直流系统接地故障处理完毕。随后对有载调压瓦斯继电器及其有载调压装置油枕内注入变压器油，经验收和操作，变电站恢复正常运行。

4.2 故障结论

由于ZN变电站1＃主变压器有载调压瓦斯继电器内重瓦斯干簧点的玻璃管破碎，使干簧触点失去支撑，接入直流电源正极的干簧触点片搭落在固定触点的金属架上，导致直流电源正极金属直接接地故障。

4.3 防范措施

各变电站如发生直流系统接地故障，应迅速前往处理，严防直流系统接地故障扩大为供电事故，避免造成重大损失。

检查直流系统接地故障时，应使用合格的工器具，严防工作中人为造成直流系统两点接地，使保护装置或熔断器发生误动作。

［1］史国生.电气二次回路及其故障分析［M］.北京：化学工业出版社，2009.

［2］张希泰，陈康龙.二次回路识图及故障查找与处理［M］.北京：中国水利水电出版社，2005.

［3］李本胜.继电保护装置故障诊断与维修［M］.北京：化学工业出版社，2010.

［4］变压器的瓦斯保护及其日常维护注意事项.电子发烧友网.

［5］变压器瓦斯保护动作跳闸的事故处理方法.http：/qdpower.blogbus.com /.