110kV變壓器重瓦斯保護動作原因分析

石國棟

（國網山東省電力公司冠縣供電公司，山東聊城，252500）

0 前言

對于變壓器來講，在實際運作中需要發揮其重瓦斯保護性能，通過控制內部短路阻抗值，來達到對重瓦斯保護的目標。變壓器內部故障將對整個電路系統造成嚴重威脅，系統運行過程中，大多數重瓦斯保護誤動作都與變壓器短路故障有關，不利于變壓器重瓦斯保護功能的正常發揮。而通過合理調整變壓器短路阻抗值，可有效避免短路電流對重瓦斯保護的影響，是提高變壓器運行穩定性的重要途徑。

1 重瓦斯保護動作原因分析

當變壓器部分路段出現大電流短路狀況時，則經過變壓器的電流將超過系統額定電流，由于短路電流值較大，對變壓器正常運行有不利影響，主要體現在變壓器負載消耗隨著內部電流的增加而成倍數增長，相較于穩定運行下的變壓器裝置而言，負載損耗顯著，大量電能向熱能轉換，這種情況變壓器系統將產生大量的瞬時熱量。變壓器內部油受熱后膨脹并流向油枕，如果油流速逐漸增大達到重瓦斯保護整定值后，在變壓器會發生保護動作。以上闡述說明了變壓器重瓦斯保護動作發生原理，而當變壓器內部短路電流較大時，則容易造成重瓦斯誤保護操作，這時需要借助短路阻抗作用，旨在避免短路電流過大對變壓器運行帶來的不利影響。

2 變壓器短路時油流速度表達式

變壓器對重瓦斯保護功能的實現主要與其內部油流速有關，因此，本文在研究變壓器內部短路阻抗與重瓦斯保護間聯系時，主要針對變壓器短路故障時的油流速計算公式展開討論。變壓器內部短路瞬間產生的熱量主要聚集在繞組附近，將造成油升溫，短路故障時間不長，使得變壓器外部周圍的油熱量吸收較少，不影響變壓器裝置的散熱功能，這種情況下，變壓器負載功率遠超過變壓器散熱產生的功率。因此，在分析短路電流對油流速的影響時，可忽略系統散熱功率對其的影響。假定系統繼電器內的油流為U，變壓器油的流通管道橫截面積是S，當變壓器內部短路時，設負載損耗是P，內部油的膨脹系數為γ，油密度為ρ，比熱容為C。實際計算時，需要計算變壓器短路時油受熱后的體積膨脹值、產生的損耗及熱量，以及這些變量與短路時間的關系。油流速表達式為：U=Pγ/ρCS。

從上述表達式可知，與短路狀況下變壓器油流速度有關的因素包括油流通線路的橫截面積、負載損耗功率、油密度、油熱膨脹系數以及比熱容等變量因子，為了發揮變壓器短路阻抗在重瓦斯保護上的有效作用，在設置短路阻抗值時，要充分考慮上述因素的影響，從而做到對油流速的合理控制[1]。對于110kV變壓器來說，通常采取直徑為80mm的氣體繼電器，油流經繼電器頭通路的橫截面積為0.005m2，將相關參數帶入上式中，可得到油流速表達式為U=8.16P ×1 0-5。在已知表達式的條件下，可確保變壓器內部短路阻抗值的有效設定，有利于提高變壓器重瓦斯保護性能，為變壓器可靠運行提供保障。

3 變壓器短路阻抗對重瓦斯保護的影響

■3.1 重瓦斯保護

變壓器運行過程中需要借助瓦斯保護裝置的作用，當裝置內繞組出現短路故障時，變壓器內部溫度明顯升高并產生甲烷氣體，其中變壓器內部構件繼電器將包含大量甲烷，在該氣體影響下將驅動繼電器開始運行，隨著氣體增加，瓦斯保護裝置對系統進行保護，這種保護誤動作的產生將明顯增加變壓器故障出現概率。在變壓器由于短路電流過大而觸發保護裝置的情況下，需要重點控制短路電流值來解決保護裝置誤動作問題，當甲烷氣體揮發速度較快時，將促使油流速發生改變，同時變壓器油自身將出現熱膨脹現象，是需要關注的問題。另外，變壓器運行過程中，如果油面在氣體作用下呈現下降趨勢，則無法保證預警信息及時傳遞到系統主站，容易對變壓器系統造成較大危害。在實際運用變壓器保護裝置時，應保障繼電器信息快速傳達至瓦斯保護裝置中，進一步為技術維修人員提供預警信息，并在此基礎上，進行變壓器內部檢測及維修，真正做到對故障問題的高效處理，為變壓器重瓦斯保護功能的實現加以保障。

■3.2 瓦斯保護安裝過程

在進行瓦斯保護裝置安裝時，需要嚴格按照施工規范有序開展安裝操作，以便最大程度發揮保護裝置在變壓器安全運行上的保護作用。具體安裝過程中，要確保重要部件的正常作業以及信號動作的精準性，在基礎性工作完成的情況下可再次封閉放氣閥門[2]。組裝保護裝置的關鍵在于保證油枕的合理組裝，可適當提高油枕刻度，通過控制變壓器油向油枕的流動速度，來防止保護裝置的瓦斯保護動作出現偏差。在構件組裝階段要避免甲烷氣體侵入油枕，只有在嚴格按照上述組裝工藝進行變壓器保護裝置安裝時，才能實現加大重瓦斯保護的目的。另外，還應適當增加變壓器內部短路阻抗，主要起到降低短路電流的作用，可在與保護裝置配合作用下，確保重瓦斯保護取得理想效果。

4 變壓器短路阻抗值與重瓦斯啟動值間關系

針對電力變壓器有關技術參數已經提出要求，相關文件中對110kV繞組有載變壓器對應參數作出了明確規定，具體的額定負載損耗以及阻抗值等參數信息如表1所示，系統短路狀況下的變壓器負載損失以及油流速值如表2所示。

表1 各類變壓器的負載損失與短路阻抗值

表2 各類變壓器短路故障下的負載損耗與最大油流速

在110kV變壓器實際運行時，通常將風冷或者自冷類型變壓器的油流速度設定為1.0m/s，而從表格中數據能看出，以上不同容量的變壓器在發生短路故障后，其中最大油流速都超過了額定值，勢必會導致變壓器在重瓦斯保護方面存在誤差，對變壓器運行有一定危害。為了將油流速控制在保護裝置啟動值以下，需要進一步將油流速帶入表達式中，推導出不同容量的變壓器對應的最小短路阻抗值，以便為變壓器穩定運行提供依據[3]。具體來講，變壓器短路阻抗對重瓦斯保護產生的影響可主要從油流速這一角度出發進行探究，由于變壓器阻抗直接對短路電流值產生影響，因此，能通過減少短路電流值來降低變壓器油流速，對變壓器正常運行有重要意義。

隨著變壓器在電力系統建設中的廣泛應用，電力領域加大了對變壓器運行安全性的研究，其中重瓦斯保護對變壓器裝置穩定運行有一定影響，有必要在充分掌握短路阻抗對瓦斯保護產生影響的基礎上，采取適當的應對措施。如在調整110kV變壓器短路阻抗時，可利用油流速表達式推導出最小阻抗值，能做到對油流速的合理調節，從而避免流速過大而導致重瓦斯保護誤動作。