換流變壓器瓦斯繼電器誤動作原因分析及優化

楊洋

摘 要：變壓器在電力系統中是極為常見的基礎設備之一，也是最為常用的電力設備，即使在生活中，變壓器都在發揮著極其重要的作用，因此變壓器的安全也就成為目前關注的重點。本文即針對換流變壓器瓦斯繼電器存在的誤動作問題，在“懸臂梁”結構設計、大電流等方面原因進行具體分析，同時提出了避免瓦斯繼電器誤動作的有效改進措施。

關鍵詞：換流變壓器；瓦斯繼電器；保護誤動；“懸臂梁”結構；繞組變形

1.引言

瓦斯繼電器保護是換流變壓器的主要保護方式，這種保護方式能較快的反映出換流變壓器的內部故障，對繞組匝間短路、層間短路、鐵心故障以及油面下降等故障反應尤其靈敏。當變壓器內部發生故障時，電弧將絕緣材料分解為大量氣體，從而會產生較大的油流涌動現象，使重瓦斯接點閉合，發出跳閘脈沖，進而避免事故范圍擴大，可見重瓦斯保護的正確動作在輸電系統中處于核心地位。

2. 換流變壓器瓦斯繼電器誤動作現狀及問題分析

2.1“懸臂梁”結構設計增強瓦斯繼電器振動

“懸臂梁”結構主要是指一端是固定支座，另一端為自由端的結構。在整個“懸臂梁”結構中，即使在末端施加一個較小的載荷，在臂梁的連接處也會產生一個較大的振動力。通常情況下，換流變壓器瓦斯繼電器與變壓器本體采用的是管道硬連接，與主油枕之間采用波紋管軟連接，這就形成了“懸臂梁”結構。當換流變壓器進行充電時，流經變壓器的最大暫態電流遠遠大于正常運行電流，同時瓦斯繼電器安裝于變壓器本體與主油枕之間，再經過“懸臂梁”結構的放大作用，從而瓦斯繼電器的振動幅度也隨之放大，這種狀態持續一段時間后，瓦斯繼電器產生的振動加速度就會大于瓦斯繼電器振動加速度的設計值，從而使瓦斯繼電器下浮球掉落，造成重瓦斯保護誤動作。

2.2大電流作用下繞組變形產生油流涌動現象

換流變壓器造成大電流的因素較多，主要包括勵磁涌流、短路電流以及打穿越電流等。一般情況下，外側繞組為電壓等級較高的網側繞組，內側繞組為電壓等級較低的閥側繞組。根據減極性原則，網側繞組和閥側繞組所流過的電流方向正好相反。在當換流變壓器電流過大時，由于大電流與軸向漏磁通的相互作用，網側繞組和閥側繞組都會受到較大的電磁力而變形，從而使繞組線餅與線餅之間、線餅與墊塊之間產生較多的空隙，換流變壓器油將會迅速進入空隙，使空隙內油壓高于外部油壓，一方面導致瓦斯繼電器油流速增快，另一方面導致瓦斯繼電器發生振動，從而迫使瓦斯繼電器下浮球掉落，導致重瓦斯保護誤動作。

2.3冷卻器同時全啟導致瓦斯繼電器誤動作

在有關電力運行的設備與材料中，溫度或高或低均會產生較大影響，而我們利用磁鐵吸盤降級加速傳感器吸附固定在瓦斯繼電器連接管的方法，進行了瓦斯繼電器振動數據檢測，得知溫度的變化對瓦斯繼電器的運行過程果然具有較大影響。相關實驗證明，冷卻器同時啟動組數越多，瓦斯繼電器的振動加速度就越大，而變壓器的運行電流和本體油溫等因素也在某種程度上影響著瓦斯繼電器的振動加速度，而運行中冷卻器的開啟和關閉會產生溫度的變化，加之啟動組數的不確定性，導致冷卻器對瓦斯繼電器誤動作的影響非常大，同時開啟產生的誤動作更是不言而喻了。

3. 換流變壓器瓦斯繼電器誤動作的改進措施

3.1優化改造“懸臂梁”結構

針對“懸臂梁”結構設計不足導致重瓦斯保護誤動作的問題，主要可以采用兩種解決措施。一種方法是通過加固兩根實心鐵棒，來降低瓦斯繼電器振動幅度，即將其中一根鐵棒垂直固定在變壓器本體箱蓋上，另一根傾斜固定，使兩根鐵棒呈三角狀態，兩根鐵棒需用卡環固定在主導油管上，起到穩固支撐的作用；另一種方法是硬連接法，將瓦斯繼電器與主油枕之間的波紋軟管用硬質管道代替，從而起到減小振動的作用。采用這兩種結構優化方法，能夠有效的解決“懸臂梁”結構放大振動幅度的問題，從而避免了瓦斯繼電器誤動作的發生。

3.2提高換流變壓器制造工藝

針對換流變壓器大電流作用下繞組變形產生的油流涌動或嚴重振動問題，需從三個方面進行改進，一方面在換流變壓器的設計過程中，需根據實際工程情況進行分析，充分考慮勵磁涌流、短路電流以及打穿越電流等因素的影響，合適的選取瓦斯繼電器型號樣式，從而滿足冗余設計要求；一方面還應提升換流變壓器的制造工藝，增強繞組內部力學特征、絕緣水平以及機械穩定性，達到變壓器繞組變量不足以出現油流涌動或嚴重振動現象的要求；另一方面要結合現場施工情況，在瓦斯繼電器處設計增加超聲波流量計，監測變壓器油流速度，及時準確的采集油流數據，建立油流數據庫，分析油流狀態和變化趨勢，從而使變壓器故障更及時有效的分析和處理。

3.3增加冷卻器延時逐臺啟動功能

換流變壓器冷卻器全啟會造成油流涌動或瓦斯繼電器嚴重振動等問題，因此需充分考慮瓦斯繼電器振動加速度設計值和冷卻器同時啟動組數、變壓器運行電流和本體油溫等因素的關系，在換流變壓器冷卻器控制系統中，增加延時啟動功能，從而達到降低冷卻器啟動時的最大振動加速度，避免油流涌動或嚴重振動問題。

4. 換流變壓器瓦斯繼電器誤動作措施的優化效果評價

“懸臂梁”結構通過加固法和硬連接法的升級改造后，減小了瓦斯繼電器的振動幅度，有效解決了“懸臂梁”結構設計問題而導致的瓦斯繼電器振動幅度過大，

從而有效的避免了瓦斯繼電器誤動作，保障了換流變壓器的正常運行。在換變流變壓器設計過程中，分析勵磁涌流、短路電流以及大穿越電流等影響因素，來選用合適的瓦斯繼電器型號樣式，在制作階段，多方位提高換流變壓器的制造工藝，合理布置瓦斯繼電器管路的安裝路徑，從而避免了瓦斯繼電器產生油流涌動和嚴重振動的可能性。在瓦斯繼電器處增加超聲波流量計，使變壓器油流速度和變化得到實時監測，促進了變壓器運行狀態和問題異常的處理分析工作，從而進一步避免了換流變壓器瓦斯繼電器誤動作。換流變壓器冷卻器增加逐臺延時啟動功能，有效的防止了冷卻器全部啟動而產生的油流涌動和嚴重振動問題。

5.結語

總而言之，瓦斯繼電器是變壓器本體的主要保護之一，在變壓器內部發生故障時，能夠及時、有效、準確的動作是保障換流變壓器穩定運行的基礎。通過對換流變壓器瓦斯繼電器誤動作的原因分析，提出了誤動作的原因，找到了解決誤動作的針對性措施。經過“懸臂梁”結構改造、提高換流變壓器制造工藝以及增加冷卻器延時逐臺啟動功能等措施后，有效的降低了瓦斯繼電器的誤動作概率，提高了換流變壓器運行的可靠性，保障了電力系統安全穩定供電。

參考文獻：

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