核電站大型變壓器瓦斯繼電器抗振性能研究

李志強

【摘 要】以某核電站目前運行的幾種500kV大型電力變壓器的瓦斯繼電器作為研究對象，分析了各自的抗振性能；通過實驗室振動測試，得出不同型號瓦斯繼電器在不同頻率段的抗振性。

【Abstract】Taking the buchholz relays of several 500kV large power transformers currently operating in a nuclear power station as the research object， the paper analyzes their respective anti-vibration performance. The anti-vibration performance of different types of gas relays in different frequency sections is obtained through the laboratory vibration test.

【關鍵詞】核電站大型變壓器； 瓦斯繼電器；抗振性能

【Keywords】 large transformer in nuclear power station； gas relay； anti-vibration performance

【中圖分類號】TM58 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）06-0157-02

1 引言

變壓器在遭受外部穿越性短路電流或空載沖擊時，瓦斯繼電器可能會因變壓器整體振動而受到影響，或在地震等外力的作用下直接承受振動的作用，有可能導致瓦斯繼電器誤動作，尤其是重瓦斯故障接點動作，會引起變壓器跳閘，影響變壓器的可用率。因此，研究瓦斯繼電器的抗振性能是很有必要的。

2 研究對象選擇

某核電站500kV變壓器上使用的瓦斯繼電器產品大致有2種，分別為使用在聯絡變壓器上的（德國TU DR80，雙浮子式、干簧接點）以及主變壓器上的（英國P&B; Weir 3DE/HF2，雙浮子式、水銀接點）；為了對比水銀節點式與磁鐵干簧管式繼電器的差別，選取了1臺國產的QJ-80（彈簧擋板式，干簧接點）瓦斯繼電器作為研究對象。

2.1 德國TU DR80雙圓柱體浮子式瓦斯繼電器

德國TU DR80瓦斯繼電器結構，其中重瓦斯動作原理是：連接管內油流沖動重瓦斯浮子的連接擋板，連接擋板帶動重瓦斯浮子下降，浮塊中的干簧接點閉合而接通重瓦斯保護回路。

2.2 英國P&B; Weir 3DE/HF2雙浮塊式瓦斯繼電器

英國P&B; Weir 3DE/HF2瓦斯繼電器結構。其中，重瓦斯動作的原理為油流沖擊浮塊上的擋板，擋板帶動浮塊里的水銀接點接通重瓦斯跳閘回路。

2.3 國產QJ-80雙干簧管式瓦斯繼電器

國產QJ-80瓦斯繼電器結構。其中，重瓦斯動作的原理為油流沖擊擋板，擋板帶動下干簧管內接點同磁鐵吸合而接通重瓦斯跳閘回路。

3 抗振試驗

由于瓦斯繼電器的結構不同，因此在國際上并沒有統一的抗震標準，各個瓦斯繼電器廠家提供的振動標準均不相同： 國產瓦斯繼電器（只適用于磁鐵干簧管式結構瓦斯繼電器）：頻率為4～20 Hz，加速度為4 g；德國TU繼電器（雙圓柱體浮子，干簧管）：頻率為5～15 Hz，加速度為2 g；英國P&B; Weir繼電器（雙浮子、水銀接點）： 頻率定頻為100 Hz，振幅（峰對峰）為0.25 mm，換算為加速度是2 g。

為了研究瓦斯繼電器的抗振性能，對上述3 種瓦斯繼電器進行了實驗室振動試驗。

3.1 掃頻試驗

瓦斯繼電器的抗振性能試驗標準參照《JB /T9647-1999 氣體繼電器》第6.4.7條“抗震能力試驗”試驗要求：“將繼電器充以清潔的變壓器油，在跳閘點接以指示裝置，然后在加振臺上，作正弦的振動試驗，頻率為4～20 Hz，加速度為40 m/s2。在X、Y、Z軸3個方向各試驗1 min，指示裝置不發出信號為合格”。

受試驗能力的限制，將振動試驗標準改為8～20 Hz掃頻，X、Y、Z軸各試驗80 s，加速度為4 g和2 g各做一次。觀測瓦斯繼電器輸出節點有無瞬間抖動或閉合現象，將跳閘接點由雙絞線引入萬用表，查看接點接通狀態。

3.2 定頻試驗

將繼電器充以清潔的變壓器油，在重瓦斯動作接點接以萬用表，然后在加振臺上作正弦的振動試驗，在X、Y、Z軸3個方向所示進行振動激勵， 結合變壓器運行經驗和外部經驗反饋，選擇了更為嚴格的加速度幅值4 g，考慮到變壓器應能承受電流引起的典型激振頻率，試驗頻率為100 Hz。試驗時間至少為1 min，觀察重瓦斯接點動作情況。

3.3 試驗結果

①德國TU DR80瓦斯繼電器的試驗結果

定頻試驗：未發生節點動作現象。掃頻試驗結果見表1。

②英國P & B Weir 3DE/HF2瓦斯繼電器的試驗結果

定頻試驗：未發生節點動作現象。掃頻試驗結果見表2。

③國產QJ-80瓦斯繼電器的試驗結果

定頻試驗：未發生節點動作現象。掃頻試驗結果見表3。

4 結果分析

①根據幾種瓦斯繼電器在低頻高振幅的試驗條件下的動作情況，可以判斷在承受變壓器運行或投運時常見頻率激勵（50～100 Hz）的抗振性能均較好。但由于缺乏相應實測振動數據，對變壓器遭受外部穿越性短路時瓦斯繼電器的抗振性能尚無法評價。

② 掃頻振動試驗結果表明，不同廠家的瓦斯繼電器抗低頻（8～20 Hz）振動的性能是有差別的，磁鐵干簧管式的瓦斯繼電器抗振性能較好，水銀節點式的瓦斯繼電器抗振性能稍差一些。

③ 進口瓦斯繼電器普遍不能達到國家標準的振動要求，按照中國國家標準去衡量進口瓦斯繼電器的抗振性能是不合理的。中國國家標準只適用于帶開口杯的磁鐵干簧管式結構瓦斯繼電器。

5 結論及建議

瓦斯繼電器的抗振性能應考慮變壓器的抗振等級，變壓器設計時通常可以抗8級地震烈度以上。根據《中國地震烈度表》（GB/T 17742—2008），8級地震烈度折算成加速度最大峰值為0.25 g，遠小于瓦斯繼電器的抗振性能。故對于瓦斯繼電器抗振性能要求無需太過苛刻。