核電站大型變壓器瓦斯繼電器抗振性能研究

李志強

（蘇州熱工研究院有限公司系統工程部，廣東深圳518124）

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。

表1 DR80的掃頻試驗結果

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。

表2 P&B Weir 3DE/HF2的掃頻試驗結果

表3 QJ-80的掃頻試驗結果

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。