淺析主變壓器氣體繼電器故障性質(zhì)的判別及處理

摘要：對(duì)主變壓器氣體繼電器的保護(hù)是保證電網(wǎng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。文章依照以往工作經(jīng)驗(yàn)，分析了氣體繼電器存在的主要缺陷和產(chǎn)生原因，闡述了繼電器的維護(hù)技術(shù)，并就如何正確使用繼電器提出了一系列切實(shí)可行的建議，以提高安全系數(shù)。

關(guān)鍵詞：主變壓器；氣體繼電器；故障性質(zhì)判別；改進(jìn)措施；電網(wǎng)運(yùn)行 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM407 文章編號(hào)：1009-2374（2016）12-0125-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.12.058

1 概況

大型電力變壓器最重要的非電量保護(hù)裝置非氣體繼電器莫屬。以往事實(shí)表明，如果變壓器裝有氣體繼電器，當(dāng)變壓器發(fā)生絕緣性快速分解或是變壓器本體發(fā)生放電性故障時(shí)，氣體繼電器往往最先做出反應(yīng)。它能有效減少變壓器故障帶來的損失。目前市面上主要出售QJ-25、QJ-50、QJ-80等幾種改進(jìn)的QJ系列的氣體繼電器，它們的基本結(jié)構(gòu)相同，用哪一種都能起到同樣保護(hù)的效果。此類產(chǎn)品的型號(hào)、規(guī)格及技術(shù)要求等問題在《氣體繼電器》（JB/T9647-1999）中有詳細(xì)說明。QJ系列氣體繼電器在速動(dòng)油壓繼電器、皮托繼電器、BR-1型等進(jìn)口繼電器中也有采用。遺憾的是，到現(xiàn)在為止，技術(shù)工程師仍然沒有找到一種非電量保護(hù)裝置可以取代氣體繼電器在大型變壓器的設(shè)置。

氣體繼電器是如何運(yùn)行并起到保護(hù)作用？以下做簡(jiǎn)要分析。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生輕微非正常現(xiàn)象時(shí)，油分解產(chǎn)生的氣體會(huì)迅速升到繼電器的上部，達(dá)到飽和程度時(shí)，上開口杯會(huì)下降到繼電器的磁鐵與干簧接點(diǎn)吸合的位置，這時(shí)氣體繼電器就會(huì)發(fā)出輕瓦斯信號(hào)。注意區(qū)分當(dāng)油位降低時(shí)，也會(huì)迫使輕瓦斯發(fā)出求救信號(hào)。絕緣油會(huì)在變壓器發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)大量分解，并迅速翻騰浪涌，如果油流速度達(dá)到氣體繼電器啟動(dòng)定值，油流就會(huì)沖擊拍打油管內(nèi)的擋板，當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí)，繼電器上的磁鐵會(huì)與干簧接點(diǎn)吸合，發(fā)出重瓦斯信號(hào)，重瓦斯發(fā)生作用，切斷故障。當(dāng)然，氣體繼電器也有失誤時(shí)，本文主要對(duì)繼電器的非正常運(yùn)作情況進(jìn)行分析總結(jié)，歸納其產(chǎn)生失誤的原因，同時(shí)提出改進(jìn)措施。為正常使用繼電器，使重瓦斯發(fā)生動(dòng)作，有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)提供參考。

2 氣體繼電器故障分析

氣體繼電器是電力設(shè)備正常安全運(yùn)行的有力保證。這一保護(hù)裝置發(fā)生的非正常運(yùn)行的類別主要有線路接觸不良，接線錯(cuò)誤、短路、自身材質(zhì)不達(dá)標(biāo)、抗干擾能力弱等常見問題，具體分析結(jié)果如下：

2.1 電壓互感器的接線故障問題

繼電保護(hù)裝置經(jīng)常發(fā)生的運(yùn)行錯(cuò)誤就是電壓互感器的接線問題，又分為二次中性點(diǎn)接線錯(cuò)誤、回路短路、接地、斷線等現(xiàn)象。這幾種現(xiàn)象是互相作用的，一種現(xiàn)象的發(fā)生就可能會(huì)間接的導(dǎo)致另一種故障的發(fā)生。如果出現(xiàn)了零序電壓比提高，回路負(fù)荷降低，這是二次接地故障的典型表現(xiàn)，導(dǎo)致設(shè)備短路。如果不加以制止，就會(huì)導(dǎo)致變壓器的電壓逐漸增大，引起設(shè)備誤動(dòng)，進(jìn)而引發(fā)二次中性點(diǎn)接線錯(cuò)誤。

2.2 繼電保護(hù)裝置的抗干擾能力差引起的故障

繼電保護(hù)裝置的工作環(huán)境極其復(fù)雜，因此對(duì)抗干擾能力有很高的要求。就目前我國(guó)的具體情況來看，繼電器的抗干擾能力較弱，還處在起步階段。由于其抗干擾能力較差，所以在運(yùn)行中易受到其他通信設(shè)備的干擾而出現(xiàn)電壓幅度增加，給邏輯原件的分析造成困擾。

2.3 由重瓦斯及輕瓦斯引起的故障問題

2.3.1 氣體繼電器非正常運(yùn)作分為重瓦斯保護(hù)跳閘和輕瓦斯發(fā)出二類保護(hù)信號(hào)，引起動(dòng)作兩種情況。由于重瓦斯動(dòng)作表現(xiàn)為跳閘，造成的影響和損失相較于輕瓦斯來說較大，所以應(yīng)重點(diǎn)觀察，注意預(yù)防。運(yùn)行不當(dāng)易引發(fā)重瓦斯故障問題主要表現(xiàn)為：（1）呼吸系統(tǒng)不當(dāng)引起的重瓦斯保護(hù)問題；（2）變壓器子箱密封不良，進(jìn)水導(dǎo)致的重瓦斯保護(hù)；（3）電纜短路或者是絕緣不良引起的重瓦斯保護(hù)；（4）繼電器安裝不當(dāng)使得外部電纜絕緣部分損壞引起的重瓦斯保護(hù)問題。重瓦斯動(dòng)作現(xiàn)象多表現(xiàn)為水電機(jī)組濕度和變壓器負(fù)荷較大，這時(shí)就會(huì)有呼吸器跑油現(xiàn)象發(fā)生，最有可能發(fā)生在冬季，所以一定要嚴(yán)加預(yù)防。如果對(duì)于平時(shí)三令五申的問題都易忽視而造成惡劣影響，真的是得不償失。像提高安裝質(zhì)量、定期檢查、時(shí)刻監(jiān)督這類小事情在平時(shí)一定要高度重視。

2.3.2 由氣體繼電器干簧接電處的玻璃管破裂和接電器密封不良造成的重瓦斯保護(hù)不容忽視。干簧玻璃管破裂都發(fā)生在同一臺(tái)變壓器的有調(diào)節(jié)開關(guān)的氣體繼電器上。在對(duì)1998年、2004年和2005年發(fā)生的三次較大安全事故分析后，是否與繼電器的振動(dòng)幅度較大有關(guān)還不得而知，但是提高繼電器的質(zhì)量，有效遏制這一危害的發(fā)生還是有借鑒意義的。繼電器的密封不良問題在各類繼電器上都有出現(xiàn)，表明改進(jìn)密封性是一個(gè)共性問題，應(yīng)該盡快著手改進(jìn)實(shí)施。有的單位在變壓器的外面加上防雨罩，可以有效遏制此類事件的發(fā)生，有一定的突破性。

2.4 由輕瓦斯引起的故障問題

如果不能及時(shí)、準(zhǔn)確地判斷輕瓦斯的頻繁保護(hù)動(dòng)作，對(duì)于發(fā)生較快的故障可能漏判或錯(cuò)判，以至于釀成無法挽回的后果。在制造過程中需要特別改進(jìn)的是氣體繼電器的浮筒轉(zhuǎn)軸脫落，引發(fā)輕瓦斯頻繁動(dòng)作的問題。輕瓦斯保護(hù)裝置設(shè)置的意義重大，當(dāng)油位降低時(shí)，輕瓦斯會(huì)迅速做出判斷，向運(yùn)行人員發(fā)出信號(hào)以方便及時(shí)采取措施制止危害的進(jìn)一步擴(kuò)大。變壓器負(fù)壓區(qū)或是冷凍系統(tǒng)的負(fù)壓區(qū)進(jìn)氣排氣不徹底，是導(dǎo)致輕瓦斯保護(hù)頻繁動(dòng)作的一大隱患。這種情況與工作人員正常工作時(shí)的情況相矛盾，會(huì)干擾工作人員做出正確的職業(yè)判斷。如果碰巧有其他故障同時(shí)發(fā)生，極易產(chǎn)生漏判，此時(shí)正確的做法應(yīng)該是處理漏氣和殘余氣體。

3 電氣繼電器保護(hù)裝置的維護(hù)技術(shù)

現(xiàn)階段的電氣繼電器保護(hù)裝置的維護(hù)主要有以下方法，即插件替代法、故障直觀法、電路拆除法、參數(shù)對(duì)照法、短接法與斷開法等。

3.1 插件替代法

微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)部發(fā)生故障主要用替代法進(jìn)行處理。其工作原理是在工作中如果出現(xiàn)類似于系統(tǒng)無法正常運(yùn)行的故障時(shí)可將其替換成相同的插件。替代法雖然是一種簡(jiǎn)單的維修技術(shù)，但在實(shí)際工作中也不容馬虎，要仔細(xì)檢查電流和電壓是否處理恰當(dāng)，確保替代插件的定值芯片和程序與原來系統(tǒng)一致。

3.2 故障直觀法

故障直觀法是繼電器故障發(fā)生時(shí)常用方法。直觀法要求檢修及操作人員擁有較強(qiáng)的專業(yè)知識(shí)與豐富的經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)槠涔ぷ髟硎羌脊と藛T用肉眼直接觀察，找出錯(cuò)誤，對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行直接分析并據(jù)此提出整改意見。

3.3 電路拆除法

拆除法的工作原理是將變壓器的二次回路按順序拆開之后再仔細(xì)找出故障所在。此法有利于運(yùn)維檢修人員快速找出故障，提高工作效率，節(jié)約故障檢測(cè)浪費(fèi)的不必要時(shí)間。

3.4 參數(shù)對(duì)照法

對(duì)照法的工作原理是首先要確定機(jī)電保護(hù)裝置的故障位置，運(yùn)維檢修人員經(jīng)常用測(cè)試值與定值之間的差額來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。判斷方法是如果測(cè)試中出現(xiàn)的故障程度較大，則表明此處一定有較大的故障隱患，應(yīng)及時(shí)處理。此方法的優(yōu)點(diǎn)是借助參數(shù)值來判斷故障程度，準(zhǔn)確性高。

3.5 短接法與斷開法

短接法和斷開法的工作原理大體相同，主要是對(duì)回路中的某一部分進(jìn)行斷開或者接線處理，觀察斷開或接線后設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)與沒進(jìn)行斷開或者接線前的運(yùn)行狀態(tài)之間的區(qū)別，以此縮小產(chǎn)生故障的范圍，盡快找出故障所在。這兩種方法的工作原理雖然大體相同，但細(xì)微差別還是存在的，應(yīng)該結(jié)合具體的工作環(huán)境區(qū)別對(duì)待，找出最適宜的方法。

4 改進(jìn)措施

4.1 重視速動(dòng)油壓繼電器的保護(hù)作用

當(dāng)變壓器本體達(dá)到或者超過整定的壓力值時(shí)，速動(dòng)油壓繼電器的反應(yīng)速度靈敏，壓力會(huì)迅速上升，可以保護(hù)變壓器不受損壞。高電壓、大容量的變壓器加裝本裝置其保護(hù)效果加強(qiáng)。但由于其設(shè)置復(fù)雜、成本高、銷售困難，市面上的生產(chǎn)廠家還沒有以此裝置來取代氣體繼電器。

4.2 對(duì)有載調(diào)壓開關(guān)的氣體繼電器的設(shè)置

這種繼電器由于其裝置的復(fù)雜性，在設(shè)置時(shí)應(yīng)該嚴(yán)格遵守國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。無論是哪種繼電器，其保護(hù)裝置都應(yīng)該反映壓力和油層的沖擊情況，如果將來油流控制繼電器可以代替氣體繼電器，油流控制繼電器也應(yīng)該具備油流沖擊動(dòng)作的功能，輕瓦斯保護(hù)功能就可以不用保留。這樣做不僅可以對(duì)有載調(diào)壓開關(guān)進(jìn)行可靠保護(hù)，還可以減少輕瓦斯動(dòng)作的工作量。

4.3 對(duì)QJ4G-25繼電器的改進(jìn)

在對(duì)多次事故教訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)與仔細(xì)分析研討之后，對(duì)QJ4G-25繼電器做了如下要求：（1）繼電器的支架高度應(yīng)該控制在70～90毫米；（2）應(yīng)該采用雙接點(diǎn)的串聯(lián)結(jié)構(gòu)，干簧接點(diǎn)引線距離大于或等于4毫米；（3）取消輕瓦斯的相應(yīng)接點(diǎn)和開口杯裝置；（4）干簧點(diǎn)應(yīng)該用雙螺絲固定在支架上，并將緩沖層裝在固定環(huán)里；（5）干簧層應(yīng)該選擇質(zhì)量可靠，品質(zhì)有保證，最重要的接點(diǎn)處要鍍銀干簧層。

4.4 有載調(diào)壓開關(guān)重瓦斯是否投跳閘的判斷

對(duì)其的決定應(yīng)該依據(jù)具體情況具體分析。如未做改進(jìn)的氣體繼電器發(fā)生誤動(dòng)的幾率很大，就可以暫投信號(hào)。將裝有有載調(diào)壓開關(guān)的氣體繼電器進(jìn)行改良后的新產(chǎn)品，其瓦斯保護(hù)就可以投跳閘。

4.5 對(duì)不同變壓器的處理

220kV及以上變壓器應(yīng)該加裝有雙接點(diǎn)的氣體繼電器；66kV及以下的變壓器應(yīng)該加裝逐步采用雙接點(diǎn)的氣體繼電器；裝有有載調(diào)壓開關(guān)的氣體繼電器全部取消輕瓦斯回路。

5 我國(guó)氣體繼電器的發(fā)展趨勢(shì)

繼電保護(hù)對(duì)于繼電系統(tǒng)的安全運(yùn)行起著十分重要的作用，但其檢修維護(hù)也是一項(xiàng)復(fù)雜工作，所以怎樣更有效地提高繼電器的工作效率是未來工作的中心議題。應(yīng)該嚴(yán)格規(guī)范各個(gè)階層的工作人員。企業(yè)員工在上崗之前應(yīng)該嚴(yán)格培訓(xùn)，要求員工熟練操作故障檢修、清掃等工作。故障修檢人員更應(yīng)該提高其工作技能，加強(qiáng)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，用肉眼就可以正確判斷故障，從而提高修檢效率。我國(guó)的科技發(fā)展迅速，到目前為止，繼電保護(hù)已經(jīng)經(jīng)歷了晶體管階段、集成電路階段，目前我國(guó)正在經(jīng)歷微機(jī)階段。未來繼電保護(hù)裝置故障的大方向應(yīng)該是智能化，但技術(shù)人員少、技術(shù)革新速度慢等問題一直制約我國(guó)繼電保護(hù)的發(fā)展。因此，我國(guó)繼電保護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該是：發(fā)展應(yīng)用人工智能AI、保證繼電保護(hù)技術(shù)革新的合理正確、提高處理電力設(shè)備非線性的能力。值得一提的是，基于我國(guó)廣大的消費(fèi)群體，應(yīng)大力推廣帶有客戶機(jī)/服務(wù)器的繼電保護(hù)裝置。

6 結(jié)語

總之，繼電保護(hù)裝置在電力系統(tǒng)運(yùn)行中具有重要作用。在實(shí)際工作中想要保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，提高繼電保護(hù)裝置的維修技術(shù)，就要提高運(yùn)維檢修人員理論水平和實(shí)踐水平。此外，全面保障繼電保護(hù)裝置提高的另一關(guān)鍵要素是保證裝置性能的提高和接線的合理性。

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作者簡(jiǎn)介：張淑敏（1979-），女，山東成武人，國(guó)網(wǎng)山東省電力公司成武縣供電公司電力工程工程師，用電監(jiān)察員技師，研究方向：電網(wǎng)工程前期、電網(wǎng)規(guī)劃。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）