变压器瓦斯保护的产生原因分析及处理

引言

近年来,由变压器瓦斯保护动作而引起的变压器开关跳闸事故在各个电压等级的变电站经常发生,使得变压器甚至电力系统的供电可靠性及稳定性均受到了严重的影响。因此,调试技术人员及变电运行人员必须掌握变压器瓦斯保护动作产生的原因,才能预防故障的产生或者针对产生的故障进行检查和处理。

1瓦斯继电器

变压器上常用的一种非电量保护装置称为瓦斯继电器(又叫做"气体继电器"),其安装位置通常位于储油柜和油箱之间的管道上(图1),在变压器内部故障(如绕组内部断线、铁芯故障、套管内部故障、匝间和层间短路及绝缘劣化、导线焊接不良或分接开关接触不良、油面下降或漏油等)造成绝缘油分解产生气体或造成油流涌动时,促使继电器内部辅助接点闭合,通过保护二次回路的接通来启动非电量保护装置,并及时发出信号告警,然后跳开变压器各侧开关,自动切除变压器。

为了避免气体在管路内流动过程中产生窝气的现象,瓦斯继电器的安装位置应设置有2%~4%的安装坡度,并采用有利于二次接线头防水的安装方式。

2瓦斯继电器的动作原理

从目前来看,绝大多数变压器仍然使用的是0J一80(0J代表的是气体继电器,80则代表的是油管半径)型气体继电器。

图2为0J1一80气体继电器结构图,从图中可以看出,其上开口杯接信号回路,下挡板则接跳闸回路。

在变压器正常运行期间,变压器油是充满于瓦斯继电器内部空间的。

在正常运行状态过程中,当变压器内部发生轻微故障(如放电或过热故障)的时候,变压器油或者固体绝缘材料会随着故障的发生而产生分解,并产生诸如氢气、低分子烃类气体以及一氧化碳、二氧化碳等气体,而这些气体会随着变压器油的对流循环运动至气体继电器处,随着时间的推移,在继电器顶部,这些气体将缓慢聚集并形成一定的气体压力,压低油面高度。此时,随着油面的降低,开口杯5所受浮力减小并发生转动,磁铁4与干簧接点15碰触,随之接点闭合并发出轻瓦斯报警信号。

当变压器内部发生严重故障(如匝间和层间短路故障)时,故障点处会产生高温电弧,变压器油迅速分解,并产生出大量的气体,这些气体具有一定的压力并向油枕处运动。而变压器油是具有黏滞性的,气体运动过程中会形成油流并冲击挡板10。挡板翻转带动磁铁11与干簧管13靠近,直至触碰,接通保护跳闸回路,跳开变压器各侧开关并发出重瓦斯动作信号(图3)。

3瓦斯保护动作原因分析

有多种原因能引起变压器瓦斯保护动作,既有可能是变压器外部原因引起的,也有可能是由变压器内部故障造成的。

3.1空气进入变压器

空气进入变压器后引起瓦斯保护误动作是比较常见的非电量故障现象,而空气有可能通过以下几种途径进入变压器。

(1)变压器换油或补油时:

在换油或补油前,没有彻底对变压器油进行真空脱气处理,又或是注油过程未严格按照真空注油工艺进行,都会使空气进入油箱。当变压器正常运行时,这些气体会通过本体循环及铁芯的磁滞现象逐渐汇聚上升至继电器,从而引起轻瓦斯信号动作。

(2)更换变压器呼吸器内吸附剂时:

当更换呼吸器内干燥剂时,由于静置时间较短,空气未彻底排净,其通过呼吸器进入油箱,通过本体循环汇聚至瓦斯继电器,进而引起轻瓦斯信号动作。

(3)变压器进行强油循环时:

变压器强油循环时需使用潜油泵,而潜油泵在工作时是会产生微负压的,空气会经由密封不良的缝隙处进入变压器本体循环,并逐渐汇聚上升至瓦斯继电器,进而造成轻瓦斯信号动作。

3.2变压器渗漏油

变压器在正常运行过程中,由于本体某些部位或注、放油阀门发生严重漏油,造成本体油位快速降低,瓦斯继电器内油位也会随着本体油位的降低而降低,引起瓦斯保护动作。

3.3环境温度骤降

变压器在进行真空注油时,一般会根据当地气候环境情况以及油位一温度曲线图来确定变压器的正常运行油位。而当发生气温骤降的情况时,由于环境温度骤然下降,变压器油会随着温度骤降而迅速发生冷缩,进而造成油位下降,引起瓦斯信号动作。

3.4二次信号回路故障

瓦斯继电器接线盒中设有信号接点接线端子,通过控制电缆接入非电量保护装置(重瓦斯信号接点串入断路器跳闸回路)。当发生接线盒中进水、控制电缆绝缘损坏短路、变压器本体端子箱或保护屏端子排接点短路等情况时,可能导致动作信号触点闭合,引起保护动作。

3.5变压器内部故障

如果变压器绕组接头焊接质量不高,其焊接点接触电阻便会增大。变压器投入运行后,绕组接头处就会由于发热而产生气体,进而引起轻瓦斯信号动作。

而另外一种情况则是变压器本体内部发生了严重故障,比如铁芯故障、绕组多相短路、绕组与铁芯或壳体间短路、调压分接开关接触不良、套管内部故障等。这些原因均可能导致变压器发热,甚至产生电弧,进而促使变压器油发生分解,引起保护动作跳闸。

4瓦斯保护动作后的检查处理方法

发出轻瓦斯保护动作信号时,是发生了轻微故障;而发出重瓦斯保护动作,则是发生了严重故障。

4.1轻瓦斯保护动作的检查和处理办法

在变压器运行过程中,后台突然发出轻瓦斯告警信号。此时,变电站值班人员应首先将音响信号复归,并密切监视变压器的油温以及电流、电压的变化,然后立即前往变压器处进行检查。值班人员应逐步进行检查判断:首先,绕行变压器一周,检查其本体和冷却系统的各个阀门以及管路法兰和螺栓连接处是否存在渗漏油现象,若有,应立即汇报并采取相应的堵漏处理措施;观察变压器油枕处油位计的油位指示是否正常,若不正常,判断是否是环境温度骤降造成的。如若轻瓦斯告警不是由上述原因所引起的,则须使用万用表来检查瓦斯保护信号二次回路是否存在接点短路、直流接地等故障缺陷,若有,则应立刻设法消除二次回路故障缺陷。如果二次回路也正常,此时则应检查瓦斯继电器。一般来说,轻瓦斯保护只发告警信号,并不出口跳变压器开关,所以此时的变压器仍然处于运行状态。而瓦斯继电器装于变压器顶部、油枕下方,所以上去检查时应做好安全措施,并设有专人监护。由于变压器渗漏油、油位降低以及二次回路故障均不可能引发气体汇聚于瓦斯继电器内而引起轻瓦斯保护动作,所以,如果瓦斯继电器内并无气体聚集,应再次进行外观及二次回路检查,直至找出保护动作的原因。如若发现瓦斯继电器内聚集有气体,则应利用继电器上的排气口收集瓦斯气体,送至化验中心验明气体的性质,然后根据得出的分析结论来选择是采取继续监视运行还是立即停运的处理措施。

例如:2018年12月,山西大同新建110kV昊昀变电站1#主变投入运行,昊昀站是50Mw光伏发电配套的汇集站。投运时是白天,天气晴好,环境温度在-5℃左右,经冲击后1#主变顺利投运,油位以及油温均正常。到了晚上,中控后台突然发出轻瓦斯保护告警信号,经值班人员检查发现,除油枕上油位指示降低外并无其他异常,因此可以确定不是主变压器故障,而是由于当晚气温突然降至-26°,且晚上光伏发电单元也无法运行发电,主变压器无负荷电流,油温下降造成油位下降,导致主变压器运行中突然发出轻瓦斯保护动作信号,经过分析,决定主变压器保持运行。第二天日出后,光伏阵列恢复发电,变压器负荷增加,油温逐渐回升,油位随之恢复正常,轻瓦斯保护告警信号复归。

4.2重瓦斯保护动作的检查和处理办法

变压器正常运行状态下,若突然发出重瓦斯保护动作跳闸信号,并跳开变压器各侧开关,此时,应该认为变压器内部有非常大的可能发生了严重故障,这种情况下的处理就应当十分谨慎了。首先,变电值班人员应立即复归后台的事故音响信号,并查看事故报文,了解事故发生的情况:断路器跳闸的时间、后台记录的保护报文以及故障录波装置上断路器跳闸时变压器各侧电压、电流波形的波动情况:然后去现场检查故障变压器:检查变压器各侧开关是否确已跳开,检查壳体是否变形,焊缝是否开裂渗漏油,是否喷油或冒烟,检查实际油温、油位是否正常,继电器内有无气体:检查完毕后再到运行后台和保护测控屏处检查各电压等级的母线℃P的电压是否正常。如果能确定是由内部故障引发的重瓦斯保护动作,则当值运行人员应立刻通知相关专业人员收集本体油样及瓦斯继电器内聚集气体的气样、油样,分别做气相色谱分析。若上述检查均正常,则应检查瓦斯保护二次回路是否存在故障,直流系统绝缘是否存在接地故障,以此来判断是否是保护误动或者断路器误动。

5结语

一般而言,在变压器运行过程中,由瓦斯保护动作引起的跳闸事故产生的后果比较严重。因此,为了保障电力系统的供电可靠性及稳定性,作为变电运行人员,对发生瓦斯保护动作的原因必须牢固掌握,这样,当发生瓦斯保护动作信号时,才能根据动作现象,查明动作的真正原因,作出正确的判断,并立即采取相应的措施进行处理,避免事故继续扩大,或防止未来发生事故,确保变压器能够安全稳定运行。