换流变压器瓦斯继电器误动作原因分析及优化

杨洋

摘 要：变压器在电力系统中是极为常见的基础设备之一，也是最为常用的电力设备，即使在生活中，变压器都在发挥着极其重要的作用，因此变压器的安全也就成为目前关注的重点。本文即针对换流变压器瓦斯继电器存在的误动作问题，在“悬臂梁”结构设计、大电流等方面原因进行具体分析，同时提出了避免瓦斯继电器误动作的有效改进措施。

关键词：换流变压器；瓦斯继电器；保护误动；“悬臂梁”结构；绕组变形

1.引言

瓦斯继电器保护是换流变压器的主要保护方式，这种保护方式能较快的反映出换流变压器的内部故障，对绕组匝间短路、层间短路、铁心故障以及油面下降等故障反应尤其灵敏。当变压器内部发生故障时，电弧将绝缘材料分解为大量气体，从而会产生较大的油流涌动现象，使重瓦斯接点闭合，发出跳闸脉冲，进而避免事故范围扩大，可见重瓦斯保护的正确动作在输电系统中处于核心地位。

2. 换流变压器瓦斯继电器误动作现状及问题分析

2.1“悬臂梁”结构设计增强瓦斯继电器振动

“悬臂梁”结构主要是指一端是固定支座，另一端为自由端的结构。在整个“悬臂梁”结构中，即使在末端施加一个较小的载荷，在臂梁的连接处也会产生一个较大的振动力。通常情况下，换流变压器瓦斯继电器与变压器本体采用的是管道硬连接，与主油枕之间采用波纹管软连接，这就形成了“悬臂梁”结构。当换流变压器进行充电时，流经变压器的最大暂态电流远远大于正常运行电流，同时瓦斯继电器安装于变压器本体与主油枕之间，再经过“悬臂梁”结构的放大作用，从而瓦斯继电器的振动幅度也随之放大，这种状态持续一段时间后，瓦斯继电器产生的振动加速度就会大于瓦斯继电器振动加速度的设计值，从而使瓦斯继电器下浮球掉落，造成重瓦斯保护误动作。

2.2大电流作用下绕组变形产生油流涌动现象

换流变压器造成大电流的因素较多，主要包括励磁涌流、短路电流以及打穿越电流等。一般情况下，外侧绕组为电压等级较高的网侧绕组，内侧绕组为电压等级较低的阀侧绕组。根据减极性原则，网侧绕组和阀侧绕组所流过的电流方向正好相反。在当换流变压器电流过大时，由于大电流与轴向漏磁通的相互作用，网侧绕组和阀侧绕组都会受到较大的电磁力而变形，从而使绕组线饼与线饼之间、线饼与垫块之间产生较多的空隙，换流变压器油将会迅速进入空隙，使空隙内油压高于外部油压，一方面导致瓦斯继电器油流速增快，另一方面导致瓦斯继电器发生振动，从而迫使瓦斯继电器下浮球掉落，导致重瓦斯保护误动作。

2.3冷却器同时全启导致瓦斯继电器误动作

在有关电力运行的设备与材料中，温度或高或低均会产生较大影响，而我们利用磁铁吸盘降级加速传感器吸附固定在瓦斯继电器连接管的方法，进行了瓦斯继电器振动数据检测，得知温度的变化对瓦斯继电器的运行过程果然具有较大影响。相关实验证明，冷却器同时启动组数越多，瓦斯继电器的振动加速度就越大，而变压器的运行电流和本体油温等因素也在某种程度上影响着瓦斯继电器的振动加速度，而运行中冷却器的开启和关闭会产生温度的变化，加之启动组数的不确定性，导致冷却器对瓦斯继电器误动作的影响非常大，同时开启产生的误动作更是不言而喻了。

3. 换流变压器瓦斯继电器误动作的改进措施

3.1优化改造“悬臂梁”结构

针对“悬臂梁”结构设计不足导致重瓦斯保护误动作的问题，主要可以采用两种解决措施。一种方法是通过加固两根实心铁棒，来降低瓦斯继电器振动幅度，即将其中一根铁棒垂直固定在变压器本体箱盖上，另一根倾斜固定，使两根铁棒呈三角状态，两根铁棒需用卡环固定在主导油管上，起到稳固支撑的作用；另一种方法是硬连接法，将瓦斯继电器与主油枕之间的波纹软管用硬质管道代替，从而起到减小振动的作用。采用这两种结构优化方法，能够有效的解决“悬臂梁”结构放大振动幅度的问题，从而避免了瓦斯继电器误动作的发生。

3.2提高换流变压器制造工艺

针对换流变压器大电流作用下绕组变形产生的油流涌动或严重振动问题，需从三个方面进行改进，一方面在换流变压器的设计过程中，需根据实际工程情况进行分析，充分考虑励磁涌流、短路电流以及打穿越电流等因素的影响，合适的选取瓦斯继电器型号样式，从而满足冗余设计要求；一方面还应提升换流变压器的制造工艺，增强绕组内部力学特征、绝缘水平以及机械稳定性，达到变压器绕组变量不足以出现油流涌动或严重振动现象的要求；另一方面要结合现场施工情况，在瓦斯继电器处设计增加超声波流量计，监测变压器油流速度，及时准确的采集油流数据，建立油流数据库，分析油流状态和变化趋势，从而使变压器故障更及时有效的分析和处理。

3.3增加冷却器延时逐台启动功能

换流变压器冷却器全启会造成油流涌动或瓦斯继电器严重振动等问题，因此需充分考虑瓦斯继电器振动加速度设计值和冷却器同时启动组数、变压器运行电流和本体油温等因素的关系，在换流变压器冷却器控制系统中，增加延时启动功能，从而达到降低冷却器启动时的最大振动加速度，避免油流涌动或严重振动问题。

4. 换流变压器瓦斯继电器误动作措施的优化效果评价

“悬臂梁”结构通过加固法和硬连接法的升级改造后，减小了瓦斯继电器的振动幅度，有效解决了“悬臂梁”结构设计问题而导致的瓦斯继电器振动幅度过大，

从而有效的避免了瓦斯继电器误动作，保障了换流变压器的正常运行。在换变流变压器设计过程中，分析励磁涌流、短路电流以及大穿越电流等影响因素，来选用合适的瓦斯继电器型号样式，在制作阶段，多方位提高换流变压器的制造工艺，合理布置瓦斯继电器管路的安装路径，从而避免了瓦斯继电器产生油流涌动和严重振动的可能性。在瓦斯继电器处增加超声波流量计，使变压器油流速度和变化得到实时监测，促进了变压器运行状态和问题异常的处理分析工作，从而进一步避免了换流变压器瓦斯继电器误动作。换流变压器冷却器增加逐台延时启动功能，有效的防止了冷却器全部启动而产生的油流涌动和严重振动问题。

5.结语

总而言之，瓦斯继电器是变压器本体的主要保护之一，在变压器内部发生故障时，能够及时、有效、准确的动作是保障换流变压器稳定运行的基础。通过对换流变压器瓦斯继电器误动作的原因分析，提出了误动作的原因，找到了解决误动作的针对性措施。经过“懸臂梁”结构改造、提高换流变压器制造工艺以及增加冷却器延时逐台启动功能等措施后，有效的降低了瓦斯继电器的误动作概率，提高了换流变压器运行的可靠性，保障了电力系统安全稳定供电。

参考文献：

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