一起充油设备重瓦斯保护误动原因分析及改进措施

吕拦坡+陈晓+张嘉涛+连进灿

摘 要：本文针对某换流站一起充油设备重瓦斯保护误动进行原因分析并提出改进措施。

关键词：瓦斯继电器；浮球；挡板；油流；振动

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.24.070

0 引言

换流站平波电抗器重瓦斯保护误动将导致直流系统误闭锁，分析瓦斯继电器误动原因并提出改进措施是必要的。

1 瓦斯保护简述

当充油设备发生内部故障时，电气量可能尚未发生异常，基于电气量的保护无法发挥作用，为避免设备损坏，充油设备一般配置有瓦斯保护。充油设备内部故障时产生的电弧会导致绝缘油分解产生气体，气体从会从较低的本体流向高位油枕，气体产生剧烈时会带动油流，反应该特性而动作的保护称为瓦斯保护。其中重瓦斯保护主要反应油流，轻瓦斯保护主要反应气流。平波电抗器瓦斯继电器采用“双浮球+挡板”式瓦斯继电器，安装在本体至高位油枕的连接管道上。在正常状态下，管道内部无气体，油流缓慢。当平波电抗器内部产生气体、油流时，瓦斯继电器动作原理如下：

a. 少量气体累积未带动油流。当内部故障不严重，产生的气体未带动油流时，气体聚集在瓦斯继电器内并使绝缘油液位下降，从而带动上浮球下降，上浮球下降到一定位置时其联动开关接点闭合产生轻瓦斯报警。此时下浮球仍在绝缘油液面以下，重瓦斯保护不动作。

b. 绝缘油大量流失导致液位进一步下降。当绝缘油大量流失导致液位进一步下降时，下浮球随液位下降，到达一定位置时其联动开关接点闭合，产生重瓦斯跳闸信号，保护立即闭锁直流并跳开进线开关。

c. 气体带动剧烈油流。当故障严重，气体大量产生并带动剧烈油流时，油流会推动挡板（达到挡板动作值），挡板到达一定位置时其联动开关接点闭合，产生重瓦斯跳闸信号，保护立即闭锁直流并跳开进线开关。其示意图见图1。

2 故障征象及分析

2.1 故障征象

根据故障录波分析，在平波电抗器重瓦斯动作前，直流系统连续发生两次换相失败，直流电流峰值达到11900A（2.64 p.u.），平抗重瓦斯保护在达到最大值约200ms后动作，直流系统闭锁。现场故障录波图见图2。

2.2 故障分析

对平波电抗器绝缘油、瓦斯继电器回路、本体进行检查、试验：

一是对平波电抗器进行油色谱分析，色谱分析结果均正常。二是对瓦斯继电器回路进行传动和绝缘检查，结果均正常。三是现场对平波电抗器进行试验，包括铁心夹件及绕组连同套管的绝缘电阻、吸收比及极化指数测量，绕组连同套管的介损，绕组直流电阻测量等，试验结果均正常。鉴于上述检查可判断此次为平波电抗器瓦斯继电器发生误动。

进行继电器的动作特性、油流试验及振动试验，试验结果显示在静态条件下该瓦斯继电器合格。重瓦斯保护在运行期间发生误动，现就其原因进行分别分析：

一是油流流速过快导致继电器挡板动作。通过录波数据显示，瓦斯继电器误动在直流电流达到最大值后约200ms时发生，若误动原因是油流流速过快则应在直流电流达到最大值后100ms 内动作。排除该可能性。

二是绝缘油液位下降导致瓦斯继电器下浮球动作。通过现场检查结果，瓦斯继电器取气盒内无气泡、呈透明状，瓦斯继电器浮球处于正常位置，说明当时瓦斯继电器内无气体，液位正常。排除该可能性。

三是振动加速度过大导致继电器误动。对平波电抗器本体及瓦斯继电器振动仿真计算结果显示：当对平波电抗器施加直流电流至误动工况时，平波电抗器本体振动加速度为3.3G，振动频率为33.5Hz，而瓦斯继电器振动随时间增大，约200 ms后振动加速度达到10.5G，振动频率为33Hz。瓦斯继电器在长管道连接情况下与平波电抗器本体产生了共振，平波电抗器本体的振动被放大、加剧，从而导致瓦斯继电器误动。

3 反措及建议

现场通过多种方案的讨论和分析，最终确定在瓦斯继电器与平波电抗器连接主油管上加装减震支撑架，降低共振力度。根据振动试验结果，通过加装减震支撑架，在同样的直流电流作用下，其加速度可降低到4G以下。

自安装瓦斯继电器主油管减震支撑架以来，有效地降低了了瓦斯继电器与平波电抗器器身的共振，从而减小了瓦斯继电器的振动加速度，该换流站历经多次换相失败导致的直流电流过冲，部分情况下其直流电流峰值超过之前发生的11900A，通过在瓦斯继电器上安装的冲击记录仪显示，其振动加速度均在4G以下，重瓦斯误动情况未再次发生。

4 结束语

随着我国直流输电的发展，充油设备体积及发生换相失败时的直流电流峰值随着电压等级、输送功率的提高而不断增大，换相失败时造成的振动也会随之增大，瓦斯继电器误动机率相应升高，本文所述的防震支撑结构可以有效解决该问题。

参考文献：

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