變壓器瓦斯保護動作事故分析及預防措施

中國長江電力股份有限公司的研究人員曹鐵山、董德、曾勇、楊榮，在2017年第7期《電氣技術》雜誌上撰文指出，瓦斯保護是油浸式變壓器的主保護之一，它的正確動作對變壓器的運行至關重要。本文通過對一次變壓器重瓦斯保護動作事故的分析，找到事故原因，並提出了預防瓦斯繼電器誤動的相應措施。

變壓器作為發電廠的主要設備，在電能的傳輸中起著至關重要的作用，它的健康與否直接決定著發電廠能否安全穩定的運行。瓦斯保護和差動保護是變壓器設備故障的兩個主保護，差動保護對保護範圍內主變油箱的內部、外部故障均有反應，而瓦斯保護主要反應變壓器油箱內部故障。

瓦斯保護分為輕瓦斯保護和重瓦斯保護，輕瓦斯保護動作於發信，重瓦斯保護動作於跳閘。瓦斯保護對變壓器的內部故障均有反應，如變壓器繞組匝間短路、繞組斷線以及鐵芯故障、套管內部故障等，還能反應變壓器油質及油位變化情況。瓦斯繼電器具有結構簡單、動作迅速靈敏的特點。

瓦斯保護還可以反應一些主變差動保護不能反應的變壓器內部故障，如鐵芯過熱、油位降低等，是對主變差動保護的重要補充，是變壓器的主保護之一[1][2]。

1瓦斯繼電器工作原理及結構

瓦斯繼電器是變壓器瓦斯保護的主要元件，它通過監視變壓器內部氣體的變化情況，來達到保護變壓器的目的。變壓器瓦斯保護和差動保護均可對變壓器油箱內部各種匝間短路、相間短路以及分接開關接觸不良等故障進行保護。瓦斯保護還能反應變壓器內部油位變化、鐵芯過熱等情況，但差動保護對此無反應。

此外，當變壓器繞組發生少數線匝的匝間短路，雖然短路匝內短路電流很大，並且會造成局部繞組嚴重過熱產生強烈的油氣流向油枕方向衝擊，但因表現在相電流上的變化並不大，所以差動保護可能沒有反應，但瓦斯保護對此能靈敏地加以反應。所以變壓器瓦斯保護是對差動保護的重要補充，並且不可替代。

某電廠發變組變壓器使用的瓦斯繼電器是EMB公司生產的TYPE-BF80/10/8型法蘭盤連接雙浮子瓦斯繼電器。在正常工作狀態時，瓦斯繼電器內部充滿絕緣油，上浮子1和下浮子1a利用自身浮力漂浮於頂部終端位置。

當變壓器油箱內部發生故障時，故障點溫度上升，導致故障點周圍的油溫隨之上升，繼而導致溶解於油內的空氣變少，多餘的空氣會被擠出，同時若有局部放電或者電弧現象發生，會將絕緣油電離分解，產生瓦斯氣體。

當故障比較輕微時，故障產生的氣體比較少，形成的氣泡較小，這些氣泡最終彙集在瓦斯繼電器拱頂位置，迫使繼電器內部的油位緩慢下降，導致漂浮於油麵的上浮子1也隨之下降，到達設定值后，磁觸點式干簧管3接點閉合，接通報警迴路。

當變壓器油箱內部發生嚴重故障時，會在短時間內產生大量氣體，形成快速而猛烈的上升氣流，變壓器油箱內部的氣壓、油壓產生巨變，同時產生的強大油流會衝擊瓦斯繼電器的擋板6，帶動磁鐵向干簧觸點方向移動，使觸點閉合，接通跳閘迴路。

圖1 BF80/10/8型雙浮子瓦斯繼電器開關裝置

2事故分析及處理

2014年9月29日，某電廠6FB(6號發變組)在正常運行時監控系統報：「6FB主變重瓦斯跳閘動作」、「6FB發變組保護C櫃裝置異常」、「6FB發變組非電量事故停機C套動作」。6FB機組出口開關跳閘，甩負荷700MW,機組二類機械事故停機流程啟動。

維護人員迅速趕往現場進行故障排查，現場檢查6FB發變組電氣量保護A盤和B盤無任何信號，非電量保護C盤重瓦斯保護開入信號燈點亮，且無法復歸。斷開非電量保護開入電源后，對重瓦斯開入外迴路進行阻值測量，測量結果為1.3kΩ；檢查機組故障錄波波形，顯示在保護動作前變壓器電氣量無異常；到變壓器本體對瓦斯繼電器重瓦斯接點進行阻值測量，測量結果同樣為1.3kΩ。

同時對變壓器本體進行檢查，確認變壓器電氣一次設備無異常。確認重瓦斯繼電器接點絕緣異常，立即更換故障瓦斯繼電器。更換完畢，現場模擬重瓦斯信號試驗結果正常，測量保護用重瓦斯接點和監控用重瓦斯接點絕緣均大於200MΩ，重瓦斯保護功能正常。

事後對故障瓦斯繼電器解體檢查，發現瓦斯繼電器干簧管固定接點兩極的玻璃管根部有發黑痕迹，接點觸頭處於斷開狀態下極間絕緣仍然較低。檢查還發現干簧管出現裂紋使本應該真空環境的干簧管內部充滿了油，由於在干簧管製造時在玻璃管根部需要對接點兩極進行固定和密封、以及焊接外引線等工作，因此分析可能是在製造環節中存在瑕疵，在正常投運后逐步發展至兩極絕緣下降。

通過對故障瓦斯繼電器的解體檢查分析，確認本次跳閘事故的直接原因是由於重瓦斯保護用的瓦斯繼電器干簧管接點間絕緣降低，從而導致重瓦斯保護誤動出口。

圖2 故障瓦斯繼電器外觀

圖3 發黑的玻璃管根部

3預防措施

瓦斯繼電器動作情況按動作後果分為:重瓦斯保護動作跳閘和輕瓦斯保護髮信。重瓦斯保護誤動作的影響和損失都比較大，是我們特別應該控制和預防的。變壓器輕瓦斯故障長期發展下去也可能發展為重瓦斯故障，最終導致重瓦斯保護動作跳閘。

所以在發現輕瓦斯發出報警信號后，運行及維護人員需及時採取措施，立即對變壓器進行檢查，分析動作原因，若瓦斯繼電器內的氣體為無色、無臭且不可燃，色譜分析判斷為空氣，則變壓器可繼續運行，並及時消除進氣缺陷，若氣體是可燃或油中溶解氣體分析結果異常時，應綜合判斷確定變壓器是否停運。防止變壓器故障持續發展，控制事態的發展。

引起瓦斯保護誤動的原因是多方面的，所以從設計製造到日常運行、維護等各個環節，都必須採取相應的針對措施，進行全流程、全方位的針對性的防護措施，以達到杜絕瓦斯保護誤動的目的:

①瓦斯繼電器校驗時，對於支架長度應根據實際情況予以調節，瓦斯繼電器雙接點結構中，需對干簧管接點引線根據實際情況給予調整。並對二次電纜進行檢查，保證瓦斯保護二次迴路電纜絕緣正常，並做好相關記錄。

②制定瓦斯繼電器檢查、更換時間表，並定期對瓦斯繼電器外觀進行檢查。干簧管的外觀應完好無損，採用雙螺絲固定，並採取一定的緩衝措施；此外，在進行設備選擇時，一定要選擇質量上乘、接點鍍銀的干簧管，有條件的最好選擇引線焊接點熱塑包封結構。

③變壓器在新裝、大修、事故檢修或換油完畢初次投入運行，為避免瓦斯保護誤動，施加電壓前應先靜止，靜止時間應嚴格遵守國家相關規定。充電前投入重瓦斯保護，充電無異常後退出重瓦斯保護，運行后24小時后，檢查瓦斯繼電器內無氣體後方能將投入重瓦斯保護。

④當變壓器在線監測系統監測到瓦斯氣體含量持續上升時，要及時採油樣化驗，分析可能原因，有必要的情況下還可以聯繫廠家技術人員共同分析，運行人員還應加強對瓦斯氣體含量的記錄，做好對比，防止事故發生。

⑤對於室外式主變，瓦斯繼電器一定要安裝防護罩，並且要牢固可靠；電源及二次迴路、接線端子應密封良好，還要採取相應的防風、防雨、防凍的措施，並定期檢查，作好記錄。

⑥定期對主變油質進行檢驗，並做好記錄，持續觀測油質變化情況。

⑦嚴格落實反事故技術措施，確保繼電器接線、安裝等均符合二十五項反措要求（各項具體要求見《防止電力生產重大事故的二十五項重點要求實施細則》第15條防止大型變壓器損壞和互感器爆炸事故）[4]。

4結論

瓦斯保護是油浸式變壓器的主保護之一，為變壓器的安全運行提供可靠保證。在日常工作中，運行及維護人員應加強技術學習，熟悉瓦斯保護的結構及動作原理，以及可能引起瓦斯保護動作的各種原因。

這不僅可以提高運行維護人員的業務能力，在瓦斯保護動作后，還可以根據相應的故障現象，及時分析判斷事故原因，並採取相應措施，為電力系統的安全穩定運行保駕護航。