110kV变压器重瓦斯保护动作原因分析

石国栋

（国网山东省电力公司冠县供电公司，山东聊城，252500）

0 前言

对于变压器来讲，在实际运作中需要发挥其重瓦斯保护性能，通过控制内部短路阻抗值，来达到对重瓦斯保护的目标。变压器内部故障将对整个电路系统造成严重威胁，系统运行过程中，大多数重瓦斯保护误动作都与变压器短路故障有关，不利于变压器重瓦斯保护功能的正常发挥。而通过合理调整变压器短路阻抗值，可有效避免短路电流对重瓦斯保护的影响，是提高变压器运行稳定性的重要途径。

1 重瓦斯保护动作原因分析

当变压器部分路段出现大电流短路状况时，则经过变压器的电流将超过系统额定电流，由于短路电流值较大，对变压器正常运行有不利影响，主要体现在变压器负载消耗随着内部电流的增加而成倍数增长，相较于稳定运行下的变压器装置而言，负载损耗显著，大量电能向热能转换，这种情况变压器系统将产生大量的瞬时热量。变压器内部油受热后膨胀并流向油枕，如果油流速逐渐增大达到重瓦斯保护整定值后，在变压器会发生保护动作。以上阐述说明了变压器重瓦斯保护动作发生原理，而当变压器内部短路电流较大时，则容易造成重瓦斯误保护操作，这时需要借助短路阻抗作用，旨在避免短路电流过大对变压器运行带来的不利影响。

2 变压器短路时油流速度表达式

变压器对重瓦斯保护功能的实现主要与其内部油流速有关，因此，本文在研究变压器内部短路阻抗与重瓦斯保护间联系时，主要针对变压器短路故障时的油流速计算公式展开讨论。变压器内部短路瞬间产生的热量主要聚集在绕组附近，将造成油升温，短路故障时间不长，使得变压器外部周围的油热量吸收较少，不影响变压器装置的散热功能，这种情况下，变压器负载功率远超过变压器散热产生的功率。因此，在分析短路电流对油流速的影响时，可忽略系统散热功率对其的影响。假定系统继电器内的油流为U，变压器油的流通管道横截面积是S，当变压器内部短路时，设负载损耗是P，内部油的膨胀系数为γ，油密度为ρ，比热容为C。实际计算时，需要计算变压器短路时油受热后的体积膨胀值、产生的损耗及热量，以及这些变量与短路时间的关系。油流速表达式为：U=Pγ/ρCS。

从上述表达式可知，与短路状况下变压器油流速度有关的因素包括油流通线路的横截面积、负载损耗功率、油密度、油热膨胀系数以及比热容等变量因子，为了发挥变压器短路阻抗在重瓦斯保护上的有效作用，在设置短路阻抗值时，要充分考虑上述因素的影响，从而做到对油流速的合理控制[1]。对于110kV变压器来说，通常采取直径为80mm的气体继电器，油流经继电器头通路的横截面积为0.005m2，将相关参数带入上式中，可得到油流速表达式为U=8.16P ×1 0-5。在已知表达式的条件下，可确保变压器内部短路阻抗值的有效设定，有利于提高变压器重瓦斯保护性能，为变压器可靠运行提供保障。

3 变压器短路阻抗对重瓦斯保护的影响

■3.1 重瓦斯保护

变压器运行过程中需要借助瓦斯保护装置的作用，当装置内绕组出现短路故障时，变压器内部温度明显升高并产生甲烷气体，其中变压器内部构件继电器将包含大量甲烷，在该气体影响下将驱动继电器开始运行，随着气体增加，瓦斯保护装置对系统进行保护，这种保护误动作的产生将明显增加变压器故障出现概率。在变压器由于短路电流过大而触发保护装置的情况下，需要重点控制短路电流值来解决保护装置误动作问题，当甲烷气体挥发速度较快时，将促使油流速发生改变，同时变压器油自身将出现热膨胀现象，是需要关注的问题。另外，变压器运行过程中，如果油面在气体作用下呈现下降趋势，则无法保证预警信息及时传递到系统主站，容易对变压器系统造成较大危害。在实际运用变压器保护装置时，应保障继电器信息快速传达至瓦斯保护装置中，进一步为技术维修人员提供预警信息，并在此基础上，进行变压器内部检测及维修，真正做到对故障问题的高效处理，为变压器重瓦斯保护功能的实现加以保障。

■3.2 瓦斯保护安装过程

在进行瓦斯保护装置安装时，需要严格按照施工规范有序开展安装操作，以便最大程度发挥保护装置在变压器安全运行上的保护作用。具体安装过程中，要确保重要部件的正常作业以及信号动作的精准性，在基础性工作完成的情况下可再次封闭放气阀门[2]。组装保护装置的关键在于保证油枕的合理组装，可适当提高油枕刻度，通过控制变压器油向油枕的流动速度，来防止保护装置的瓦斯保护动作出现偏差。在构件组装阶段要避免甲烷气体侵入油枕，只有在严格按照上述组装工艺进行变压器保护装置安装时，才能实现加大重瓦斯保护的目的。另外，还应适当增加变压器内部短路阻抗，主要起到降低短路电流的作用，可在与保护装置配合作用下，确保重瓦斯保护取得理想效果。

4 变压器短路阻抗值与重瓦斯启动值间关系

针对电力变压器有关技术参数已经提出要求，相关文件中对110kV绕组有载变压器对应参数作出了明确规定，具体的额定负载损耗以及阻抗值等参数信息如表1所示，系统短路状况下的变压器负载损失以及油流速值如表2所示。

表1 各类变压器的负载损失与短路阻抗值

表2 各类变压器短路故障下的负载损耗与最大油流速

在110kV变压器实际运行时，通常将风冷或者自冷类型变压器的油流速度设定为1.0m/s，而从表格中数据能看出，以上不同容量的变压器在发生短路故障后，其中最大油流速都超过了额定值，势必会导致变压器在重瓦斯保护方面存在误差，对变压器运行有一定危害。为了将油流速控制在保护装置启动值以下，需要进一步将油流速带入表达式中，推导出不同容量的变压器对应的最小短路阻抗值，以便为变压器稳定运行提供依据[3]。具体来讲，变压器短路阻抗对重瓦斯保护产生的影响可主要从油流速这一角度出发进行探究，由于变压器阻抗直接对短路电流值产生影响，因此，能通过减少短路电流值来降低变压器油流速，对变压器正常运行有重要意义。

随着变压器在电力系统建设中的广泛应用，电力领域加大了对变压器运行安全性的研究，其中重瓦斯保护对变压器装置稳定运行有一定影响，有必要在充分掌握短路阻抗对瓦斯保护产生影响的基础上，采取适当的应对措施。如在调整110kV变压器短路阻抗时，可利用油流速表达式推导出最小阻抗值，能做到对油流速的合理调节，从而避免流速过大而导致重瓦斯保护误动作。