变压器智能有载瓦斯排气装置

国网山西省电力公司忻州供电公司 张琰武 李 钧 张树峰 刘海军

1 系统概述

电力变压器连接不同电压等级网络的内在优势，使其成为电力系统中不可或缺的组成部分，其具有的瓦斯保护机制可针对电力变压器的故障进行有效保护，同时也是变压器保护措施中普及度最高的一种防护措施。瓦斯继电器在变压器中通常会在本体的上部位置进行配置，但这一技术的增设也给维修检测人员带来了较大难题[1]：

变压器排气作业带来的安全隐患。变压器在承载轻瓦斯的前提下，如果要进行气体排放的参数检测，那就必须由专业的工作人员进行附电操作，检测的范围需从变压器的本体上部进行流程的开展，并对此类气体的种类进行剖析。但由于瓦斯继电器为了能够有效对变压器进行防护，很多情况都是离带电部位较近的，在操作过程中一旦出现与带电区域的触碰，将会造成不堪设想的严重后果，所以就这一流程作业而言，工作人员的行为存在一定安全风险隐患。

有载瓦斯继电器排气作业频繁。独立油箱作为主变压器分接开关载体，劣势在于操作流程相对繁琐，在此过程中很大程度上会产生排气的现象，因此排放瓦斯作业的频率也会有所升高，这也间接导致了检测维修人员在这一方面的劳动工作量大大增加。据2015年记载，在修试专业针对变压器瓦斯排气这一缺陷进行技术处理时，其工作疏漏的数量达到了十二次以上，这一数额占据了当前针对全方位的技术缺陷维105起中的11.4%，且不包含实施情况下现场人员记录的维修处理数量。

工作地点分散、距离较远、费用开支大。忻州地区电网各变电站地点分散，跨度较大，瓦斯在排气上虽然工作效率高且节省了排放时间，但这一气体的排放装置遍布各地，难免会舟车劳顿，不仅在车行时间上花费了较大时间，同时人员疲惫、粮食物资在路途上也有一定的经济损耗。

建设目标：制作一种轻瓦斯排气装置，将瓦斯继电器在排气这一功能上的技术从变压器本体上部空间转移到地面，方便气体采样分析，解决安全问题，采取自动和手动操控结合的排气方式，解决瓦斯气体排放的问题。

2 技术方案

电路部分：该装置电路板由电源、CPU、遥控接收区、数码显示区、看门狗、数据存储区、输出电路区、信号采集电路、独立遥控电路组成[2]。工作原理部分同下方第六点技术方案。

2.1 对相关资料的研究

2.1.1 瓦斯继电器结构和原理

由于QJ-25、50、80型继电器在结构方面完全一致，现以最新的QJ1-80为例做简单的数据结构具现化展现。在变压器至储油柜的管道路径中，气体继电器作为其辅助设备也附着于这一管道。继电器芯子上部由开口杯、重锤、磁铁和干簧触点构成动作于信号的容积装置，其位于下部的位置装配有挡板与弹簧联接的调节杆、磁铁和干簧触点构成动作于跳闸的流速装置。据忻州电网主网变压器调查QJ-25、QJ-50、QJ-80目前在变压器的不同方位开展应用，QJ-25在技术上作为有载瓦斯的继电器进行应用，QJ-50及QJ-80则主要是通过变压器本体的瓦斯排放装置直接应用的。

2.1.2 瓦斯保护原理接线图

因为内部发生轻微的碰撞，在油位水平线位置发生下降的情况下，瓦斯继电器KG 的上接点KG1动作，在信号接通继电器1KS 的时候发出信号。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，当出现这种情况时信号的发出会瞬间使得断路器出现跳闸的最终效果[3]。

图1 瓦斯保护原理接线图

2.1.3 瓦斯继电器动作的原因

变压器在加油或冷却装置没有严丝合缝的情况下，让外部的气体流入到变压器中；油位在正常水平线以下或漏油导致其油位在继电器轻瓦斯浮筒位置以下的会自发产生少量气体，致使在此过程中发生短路的异常现象。据2015年忻州主网部分有载瓦斯气体处理情况进行统计（数据来源于2015年修试专业缺陷处理情况)，当年检修人员因处理有载瓦斯动作气体处理12起，其出现缺陷的数额占据当年处理的全部处理缺陷105起当中的11.4%，此项数据仅包括检修人员处理记录，当然这一数据的展现不包括当日的监管人员在现场进行的检测维修处理记录。

2.2 工作思路

通过针对变压器瓦斯继电器内部结构的深入研究探讨、瓦斯动作原理、瓦斯继电器排放气体方法、轻瓦斯保护动作的处理，总结如下[4]：

按照2015年瓦斯排气的情况、并以通常的变压器的瓦斯排放动向及变压器本身结构路径可得出：气体在主变压器这一本体当中产生的排放概率几乎可忽略不计，在操作上较为频繁的则是有载分接开关操作。为了节省时间，在具体实施中要以有载瓦斯气体的排放作为第一选择；瓦斯继电器的排气装置在排气过程中利用相当坚实品质的管道地接并开启排放装置。电磁阀在使用时会经常性地出现与油的空气接触，因此最好选择耐油型；通过电路回路有效控制电磁阀并以此来启动排气装置，再加上与继电器开启时间的搭配，可做到不误排放；通过设置中间继电器ZJ 其优势在于能够在原瓦斯的基础上，通过轻瓦斯报警-排气装置，达成装置在信号上的快速传递。

3 工作原理及实施方案

3.1 工作原理

按照工作思路设计电气原理图如图2：QS 为空气开关，FU 为熔断器，XD 为信号灯，AT为手自动按钮，qj 为瓦斯继电器辅助接点，ZJ1为中间继电器，DCF 为电磁阀，SJ1、SJ2、SJ3为时间继电器，zj11、zj12、zj13、sj11、sj21、sj31为常开辅助接点，dcf1为常闭辅助接点，a1、a2、b1为时间继电器SJ3端子，01、05为为远传轻瓦斯信号接点。

图2 电路原理图

自动排气：按钮AT 在自动位置时瓦斯继电器qj 接点处于闭合状态，此时启动ZJ1中间继电器，同时zj13接点闭合，轻瓦斯报警信号通过回路传递到主要控制后台。此时瓦斯排气装置启动时信号灯XD 点亮、zj12接点闭合，计数器作业结束后zj11接点闭合，启动SJ1时间继电器，在时间线上延迟10分钟，sj11接点闭合，SJ2时间继电器启动，1秒后SJ21接点闭合，触发SJ3时间继电器动作，此时SJ3时间继电器动作、sj31接点接通，电磁阀通过行为路径传输信号，瓦斯装置开始排气。SJ3时间继电器动作8秒后sj31接点断开、停止排气。如此时瓦斯气体未排空，qj 接点仍然在接通状态，dcf1常闭接点触发SJ3时间继电器控制电磁阀在这一阶段开展二次排放气体作业，在时间到达8秒的情况下断开此排气命令，这样一系列的重复操作流程，直到气体排放完备后停止。

手动排气（非自动化）：设置手动按钮的开关装置，动作情况如上，其中的明显不同之处在于dcf1常闭接点触发SJ3时间继电器在排气上进行基础性的作业，准时在8秒时断开排气接口，不再进行排气行为，之后还需对后续的维护工作作简要查看，如，检查排气装置内部是否无残留气体，如有该情况需重复进行按动AT 按钮这一操作，直至气体排尽。

3.2 材料选择

电磁阀。通常在使用上普遍利用的是常闭型的电磁阀，其能及时进行信号的反馈。该类电磁阀电磁线圈特点是，动铁芯吸合，开启泄压阀、同时拉动主阀芯。主阀芯在被两者介质的电压和压差压下阀门处于打开状态。当电磁阀线圈关闭时，活动铁芯可通过弹簧复位关闭泄压孔推动主阀芯返回，阀门关闭。通过模型作出的内容反馈，电磁阀路径开启，公用线连接至接通信号线但不连接至断开信号线。当电磁阀关闭时这种情况就需要进行逆向操作。

继电器。采用jsz3系列继电器和西门子3rp20型时间继电器；触点容量。AC：220V、5A，DC：220V、0.5A；机械寿命大于或等于100万次，电寿命大于或等于10万次。

3.3 安装方案

考虑到装置的安装位置及其运行后的长期外部环境，应采用不锈钢接线盒解决电路的密封、绝缘和老化问题，接线盒和变压器气体继电器外壳应开孔；安装前应将管道内的异物清理干净，尽量根据工艺流程合理、美观地布置。管道水平安装时其坡度通常为0.003，最小为0.002。中间不应有空置的情况以利于放气。尽量减少转折点并使其尽可能水平，这有利于气流速度；在连接铜管之后检查其可密封性，以避免铜管出现问题。不要在设备就位的情况下立即安装接口卡口。其他部件预制完成后拧紧待连接卡口与设备的接口，然后拧紧，使卡口与设备严丝合缝。

4 技术特点

通过调整继电器并增加一个中间电路，可将原气体继电器电路的轻气体有效地连接到气体放电装置，并引入轻气体放电启动信号来启动排气装置。同时调整手动开关，以便操作员和维护人员可使用排气模式作为最佳选择。不改变原有保护接线，应用轻瓦斯器报警信号来控制排气装置的启动和停止。时间继电器控制延时保证了运维人员的处置时间。设计电路控制电磁阀启动排气，在时间继电器的使用过程中要合理搭配其各个闭合装置，电磁阀的常开触点与反馈电路相连，可有效对排气装置进行管控。在连接气路的过程中气体继电器放气螺栓采用卡口连接铜管的方式，并使用扩张器为铜管进行地接排气。

该装置分为变压器瓦斯继电器模块、瓦斯动作模块、瓦斯继电器排放气体模块和轻瓦斯的排放电路过载保护模块：根据以往变压器效应的原因和变压器结构可看出，主变压器本体会产生气体的可能性几乎可忽略不计，但在工作上有载分接开关较常用，所以在气体的排放时也需尽可能采取有载气体作为第一选项；通过坚实质地的管道地接，并在瓦斯继电器排放装置配置的情况下进行排气动作，为防止耗油过程中出现电磁阀的异常现象，通常电磁阀会选用耐油性质的类型；通过电路联动电磁阀启动排气装置，同时再加上与时间继电器在时间机制上的配合，可让排放不再随意，防止在非工作时间内造成气体泄露；通过设置中间继电器ZJ，可在基于原瓦斯继电器装置的前提条件下将原有的轻瓦斯报警器传递到排气装置上。

该装置优点：装置与设备无缝连接。在管道装置方面，其气体排放时有极强的优势，能在不改变原有的瓦斯继电器内外装配机体的前提下使得其本身结构坚固牢靠；延时启动排气。在搭配使用这一面，延时技术很好地解决了轻瓦斯报警信号发射与排气装置间的联动，使工作进程更加高效；手自一体。在设计思路环节，延用先前就准备好的轻瓦斯报警回路，利用自动或非自动的方式进行瓦斯的排放，从而解决气体在采集方面的困难与排放的轻捷便利；确保正确动作。在排气时间上制定时间的排放区间，结合当前的常闭接点进一步解决电磁阀在关停启动的异常现象。

综上，此装置经过阶段性的试验与设备应用后，在一定程度上该装置的配置起到了节约费用、减轻作业强度、保障工作安全、推广范围广等作用。