摘要：本文介绍一起220kV某变电站#1主变发生严重漏油的紧急缺陷，分析了开口杯式瓦斯继电器二次线卡阻导致不能发出轻瓦斯告警的故障原因，阐述了开口杯式及单浮球式瓦斯继电器的不足，探讨研究双浮球瓦斯继电器结构与动作原理，说明了双浮球瓦斯继电器在变压器运用的优势，并给出了针对此次主变严重漏油缺陷的整改措施。
关键词：变压器；瓦斯继电器；漏油；双浮球
1、事件过程
220kV某变电站#1主变发生严重漏油的紧急缺陷，事件经过如下：
（1）#1主变4组潜油泵陆续出现启动后油流继电器指示“停止” 的异常情况，巡视发现#1主变油位指示在“1至2”之间，油温偏低，绕组油温正常。
（2）监控后台发出#1主变“本体油位异常告警信号”，检查保护装置发“#1主变本体油位异常”告警，#1主变本体油枕油位指示为“0”，无渗漏现象、绕组、油温正常。经相关班组现场检查，未发现有明显渗漏油，怀疑油枕油位表可能有问题，上报一般缺陷后待#1主变停电处理。
（3）一个月后多组潜油泵出现异常停转，严重时6组油泵全部停转，油温上升至78度，负荷85.88MW（容量：150MW），油泵停转期间，油温不断上升，最高达83.3度。上报重大缺陷，对主变本体外壳淋水、汇报地调采取转压负荷等措施，控制主变本体温升，并监视油温和负荷变化、及进行测温，按照现场运行规程（强油风冷85度）的要求，做好向调度申请#1主变停电处理的准备。
（4）经调度同意，将#1主变由运行转检修。停电检查过程中，发现瓦斯继电器已无油位，色谱在线监测装置联管接入主变本体处漏油。与试验所沟通后，关掉油阀门，对#1主变加油并滤油，并油化验正常后，验收合格，#1主变油位指示在“2至3”之间，对瓦斯继电器检查处理具备送电条件。后将#1主变由检修转运行，整个处置过程完毕。
2、原因分析
#1主变发生严重漏油的紧急缺陷，未能及时发现的主要原因分析如下：
（1）安装的油色谱在线监测装置存在安装质量不合格，其联管从投入使用仅2个月时间即发生破损导致变压器油渗漏的现象，说明该产品部分零部件质量不能满足现场运行环境要求。另外，工程项目部门对安装油色谱在线监测装置的验收把关不够严谨，对新安装后的油色谱在线监测装置没有对应的巡视及检查标准。
（2）当主变本体油位下降至“0”时，虽开展对#1主变本体进行红外测温、外观检查，并根据瓦斯继电器确无发出告警信号的判断，提出结合#1停电后再进行检查消缺，但未能对“0”油位报警及时进行带电校验主变本体油位，导致变压器油进一步下降。
（3）采用开口杯式的瓦斯继电器制作工艺或其设计存在缺陷，检查发现开口杯的活动范围内存在二次线的卡阻，开口杯不能下降，导致未能发出轻瓦斯报警信号，令运维人员造成误判错判，未能及时发现设备可能潜在的缺陷隐患。
（4）依据#1主变以往的运维经验及现场主变轻瓦斯未动作、主变未发现渗漏点等情况，造成了假油位的误判断，并未进行带电校验油位取得实际数据支撑。
3、瓦斯继电器结构与原理
瓦斯继电器是变压器重要的非电量主保护，装在变压器油枕和油箱之间的管道内，利用变压器内部故障而使油分解产生气体或造成油流涌动时，使瓦斯继电器的接点动作，接通指定的控制回路，并及时发出信号告警（轻瓦斯）或启动保护元件自动切除变压器（重瓦斯）。
轻瓦斯主要反映在运行或者轻微故障时由油分解的气体上升入瓦斯继电器，气压使油面下降，继电器的开口杯随油面落下，轻瓦斯干簧触点接通发出信号，当轻瓦斯内气体过多时，可以由瓦斯继电器的气嘴将气体放出。
重瓦斯主要反映在变压器严重内部故障（特别是匝间短路等其他变压器保护不能快速动作的故障）产生的强烈气体推动油流冲击挡板，挡板上的磁铁吸引重瓦斯干簧触点，使触点接通而跳闸。
该变电站变压器采用的是开口杯式瓦斯继电器，常用瓦斯继电器有开口杯式、单浮球式、双浮球式等不同型号，前两种瓦斯继电器与双浮球式的区别是前两者的挡板结构不随油面下降而动作，而是在油的流速达到整定值时才动作，故遇到油面下降或严重缺油时，不会触发重瓦斯跳闸，其有可能在轻瓦斯保护未动作时长时间运行导致主变油温、绕组温度升高甚至爆炸。
3.1开口杯式瓦斯继电器动作原理
油箱内部轻微故障时，分解出的瓦斯气体沿连接弯管运动至气体继电器处，聚集在顶盖处形成一定的压力，将变压器油面高度压低，开口杯所受浮力减小，随油面的降低开始转动，使开口杯磁铁与干簧管触点接触，从而吸引干簧触点接通，发出轻瓦斯信号。同理，变压器油箱漏油时，动作情况相同。
油箱内部发生短路故障时，故障点高温电弧将使变压器运动时，由于油的粘滞性，形成油流，冲击挡板。挡板翻转油迅速分解出大量瓦斯气体，有一定压力的气体在向油枕处带动挡板磁铁与干簧管靠近，吸引干簧触点接通，跳开变压器各侧开关并发出重瓦斯动作信号。
3.2双浮球瓦斯继电器动作原理
（1）内部结构
双浮球瓦斯继电器内部主要由：上浮球、下浮球、恒磁磁铁、开关管、框架、测试机械以及挡板等构成。
在正常运行状态下，处于变压器本体与储油柜之间的连接处的继电器内充满变压器油，上、下两个浮球均处于最高位置，双浮球瓦斯继电器不会动作。当上浮球动作时，其带动的继电器接点作用于轻瓦斯动作告警；下浮球动作时，其带动的继电器接点作用于重瓦斯动作跳闸。下面通过变压器可能发生的故障情况说明双浮球继电器的工作原理：
（2）变压器内部轻微故障
图1所示，当变压器发生内部过热或局部放电等情况时，变压器内油温将会上升，产生一定的瓦斯气体汇集于瓦斯继电器内上部，使得瓦斯继电器的上浮球随之下降，当瓦斯继电器内气体集聚量达到整定值时，上浮球恒磁铁带动上系统开关管动作，使得瓦斯继电器轻瓦斯接点导通，产生轻瓦斯告警信号。
.png)
图1 变压器内部轻微故障或潜油泵负压区漏油
（3）强迫油循环变压器潜油泵负压区漏油
图1所示，当强迫油循环变压器潜油泵负压区发生漏油缺陷时，外部空气将进入变压器内部，并向油枕方向流动，同样会聚集在瓦斯继电器内，迫使绝缘油液面降低，继电器上浮球随之下降，当继电器内气体集聚量达到整定值时，上浮球恒磁铁带动上系统开关管（轻瓦斯）接点动作，作用于轻瓦斯告警。
（4）变压器油意外流失
图2所示，如果变压器本体密封部位发生严重漏油缺陷时，变压器绝缘油将流失，随着油液面下降，首先使瓦斯继电器上浮球下降，带动上系统开关管（轻瓦斯）接点动作，作用于告警。
随着绝缘油液面继续下降，瓦斯继电器内绝缘油将被排空，下浮球随之下降，带动下浮球恒磁铁使下系统开关管（重瓦斯）接点动作，作用于跳闸。
.png)
图2 变压器油意外流失
（5）变压器内部严重故障
图3所示，当变压器内部严重故障时，绝缘油将被快速分解，使变压器内部压力突增，并形成向油枕方向快速流动的油流，当油流速度达到继电器流速整定值时，瓦斯继电器挡板在油流冲击下发生转动，带动下浮球恒磁铁使下系统开关管（重瓦斯）接点动作，作用于跳闸。
4、结论与建议
通过介绍分析220kV某变电站#1主变瓦斯继电器故障引发严重漏油的紧急缺陷，以及瓦斯继电器的结构及动作原理，总结出如下结论：
（1）采用双浮球瓦斯继电器可避免轻瓦斯失效未动作时，变压器严重漏油导致油温、绕组温度过高甚至爆炸；
（2）建议运行状态的变压器应将瓦斯继电器遮板打开，以便在巡视、设备状态评价时评估和诊断瓦斯继电器状态，从而判断变压器是否处于正常状态。此外，结合主变B类检修，对瓦斯继电器开展专项检查工作，确保瓦斯继电器轻、重瓦斯应可靠发信、动作。
.png)
图3 变压器内部严重故障
（3）建议制定带电校验主变油位的作业指导书，明确主变在油位偏低的情况下，开展不停电校验主变压器实际油位的工作标准。
（4）建议结合主变B修检查轻瓦斯保护功能；有条件情况下更换新型易于检查校验的轻瓦斯。
参考文献：
[1]张全元.变电运行现场技术问答（第三版）北京：中国电力出版社，2013.2。
[2]郭小燕，甄利.变电检修现场技术问答.北京：中国电力出版社，2013.7.
[3]毛锦庆，赵自刚，马杰，王玉玲，张振华，张信权。电力系统继电保护实用技术问答（第二版）。北京：中国电力出版社，1999.11
论文作者:潘维,王荣
论文发表刊物:《电力设备》2019年第21期
论文发表时间:2020/3/16
标签：瓦斯论文; 继电器论文; 变压器论文; 浮球论文; 动作论文; 漏油论文; 故障论文; 《电力设备》2019年第21期论文;