變壓器智能有載瓦斯排氣裝置

國網山西省電力公司忻州供電公司 張琰武 李 鈞 張樹峰 劉海軍

1 系統概述

電力變壓器連接不同電壓等級網絡的內在優勢，使其成為電力系統中不可或缺的組成部分，其具有的瓦斯保護機制可針對電力變壓器的故障進行有效保護，同時也是變壓器保護措施中普及度最高的一種防護措施。瓦斯繼電器在變壓器中通常會在本體的上部位置進行配置，但這一技術的增設也給維修檢測人員帶來了較大難題[1]：

變壓器排氣作業帶來的安全隱患。變壓器在承載輕瓦斯的前提下，如果要進行氣體排放的參數檢測，那就必須由專業的工作人員進行附電操作，檢測的范圍需從變壓器的本體上部進行流程的開展，并對此類氣體的種類進行剖析。但由于瓦斯繼電器為了能夠有效對變壓器進行防護，很多情況都是離帶電部位較近的，在操作過程中一旦出現與帶電區域的觸碰，將會造成不堪設想的嚴重后果，所以就這一流程作業而言，工作人員的行為存在一定安全風險隱患。

有載瓦斯繼電器排氣作業頻繁。獨立油箱作為主變壓器分接開關載體，劣勢在于操作流程相對繁瑣，在此過程中很大程度上會產生排氣的現象，因此排放瓦斯作業的頻率也會有所升高，這也間接導致了檢測維修人員在這一方面的勞動工作量大大增加。據2015年記載，在修試專業針對變壓器瓦斯排氣這一缺陷進行技術處理時，其工作疏漏的數量達到了十二次以上，這一數額占據了當前針對全方位的技術缺陷維105起中的11.4%，且不包含實施情況下現場人員記錄的維修處理數量。

工作地點分散、距離較遠、費用開支大。忻州地區電網各變電站地點分散，跨度較大，瓦斯在排氣上雖然工作效率高且節省了排放時間，但這一氣體的排放裝置遍布各地，難免會舟車勞頓，不僅在車行時間上花費了較大時間，同時人員疲憊、糧食物資在路途上也有一定的經濟損耗。

建設目標：制作一種輕瓦斯排氣裝置，將瓦斯繼電器在排氣這一功能上的技術從變壓器本體上部空間轉移到地面，方便氣體采樣分析，解決安全問題，采取自動和手動操控結合的排氣方式，解決瓦斯氣體排放的問題。

2 技術方案

電路部分：該裝置電路板由電源、CPU、遙控接收區、數碼顯示區、看門狗、數據存儲區、輸出電路區、信號采集電路、獨立遙控電路組成[2]。工作原理部分同下方第六點技術方案。

2.1 對相關資料的研究

2.1.1 瓦斯繼電器結構和原理

由于QJ-25、50、80型繼電器在結構方面完全一致，現以最新的QJ1-80為例做簡單的數據結構具現化展現。在變壓器至儲油柜的管道路徑中，氣體繼電器作為其輔助設備也附著于這一管道。繼電器芯子上部由開口杯、重錘、磁鐵和干簧觸點構成動作于信號的容積裝置，其位于下部的位置裝配有擋板與彈簧聯接的調節桿、磁鐵和干簧觸點構成動作于跳閘的流速裝置。據忻州電網主網變壓器調查QJ-25、QJ-50、QJ-80目前在變壓器的不同方位開展應用，QJ-25在技術上作為有載瓦斯的繼電器進行應用，QJ-50及QJ-80則主要是通過變壓器本體的瓦斯排放裝置直接應用的。

2.1.2 瓦斯保護原理接線圖

因為內部發生輕微的碰撞，在油位水平線位置發生下降的情況下，瓦斯繼電器KG 的上接點KG1動作，在信號接通繼電器1KS 的時候發出信號。當變壓器內部發生嚴重故障，使瓦斯繼電器KG 的下接點KG2動作，接通信號繼電器2KS 和中間繼電器KM，當出現這種情況時信號的發出會瞬間使得斷路器出現跳閘的最終效果[3]。

圖1 瓦斯保護原理接線圖

2.1.3 瓦斯繼電器動作的原因

變壓器在加油或冷卻裝置沒有嚴絲合縫的情況下，讓外部的氣體流入到變壓器中；油位在正常水平線以下或漏油導致其油位在繼電器輕瓦斯浮筒位置以下的會自發產生少量氣體，致使在此過程中發生短路的異常現象。據2015年忻州主網部分有載瓦斯氣體處理情況進行統計（數據來源于2015年修試專業缺陷處理情況)，當年檢修人員因處理有載瓦斯動作氣體處理12起，其出現缺陷的數額占據當年處理的全部處理缺陷105起當中的11.4%，此項數據僅包括檢修人員處理記錄，當然這一數據的展現不包括當日的監管人員在現場進行的檢測維修處理記錄。

2.2 工作思路

通過針對變壓器瓦斯繼電器內部結構的深入研究探討、瓦斯動作原理、瓦斯繼電器排放氣體方法、輕瓦斯保護動作的處理，總結如下[4]：

按照2015年瓦斯排氣的情況、并以通常的變壓器的瓦斯排放動向及變壓器本身結構路徑可得出：氣體在主變壓器這一本體當中產生的排放概率幾乎可忽略不計，在操作上較為頻繁的則是有載分接開關操作。為了節省時間，在具體實施中要以有載瓦斯氣體的排放作為第一選擇；瓦斯繼電器的排氣裝置在排氣過程中利用相當堅實品質的管道地接并開啟排放裝置。電磁閥在使用時會經常性地出現與油的空氣接觸，因此最好選擇耐油型；通過電路回路有效控制電磁閥并以此來啟動排氣裝置，再加上與繼電器開啟時間的搭配，可做到不誤排放；通過設置中間繼電器ZJ 其優勢在于能夠在原瓦斯的基礎上，通過輕瓦斯報警-排氣裝置，達成裝置在信號上的快速傳遞。

3 工作原理及實施方案

3.1 工作原理

按照工作思路設計電氣原理圖如圖2：QS 為空氣開關，FU 為熔斷器，XD 為信號燈，AT為手自動按鈕，qj 為瓦斯繼電器輔助接點，ZJ1為中間繼電器，DCF 為電磁閥，SJ1、SJ2、SJ3為時間繼電器，zj11、zj12、zj13、sj11、sj21、sj31為常開輔助接點，dcf1為常閉輔助接點，a1、a2、b1為時間繼電器SJ3端子，01、05為為遠傳輕瓦斯信號接點。

圖2 電路原理圖

自動排氣：按鈕AT 在自動位置時瓦斯繼電器qj 接點處于閉合狀態，此時啟動ZJ1中間繼電器，同時zj13接點閉合，輕瓦斯報警信號通過回路傳遞到主要控制后臺。此時瓦斯排氣裝置啟動時信號燈XD 點亮、zj12接點閉合，計數器作業結束后zj11接點閉合，啟動SJ1時間繼電器，在時間線上延遲10分鐘，sj11接點閉合，SJ2時間繼電器啟動，1秒后SJ21接點閉合，觸發SJ3時間繼電器動作，此時SJ3時間繼電器動作、sj31接點接通，電磁閥通過行為路徑傳輸信號，瓦斯裝置開始排氣。SJ3時間繼電器動作8秒后sj31接點斷開、停止排氣。如此時瓦斯氣體未排空，qj 接點仍然在接通狀態，dcf1常閉接點觸發SJ3時間繼電器控制電磁閥在這一階段開展二次排放氣體作業，在時間到達8秒的情況下斷開此排氣命令，這樣一系列的重復操作流程，直到氣體排放完備后停止。

手動排氣（非自動化）：設置手動按鈕的開關裝置，動作情況如上，其中的明顯不同之處在于dcf1常閉接點觸發SJ3時間繼電器在排氣上進行基礎性的作業，準時在8秒時斷開排氣接口，不再進行排氣行為，之后還需對后續的維護工作作簡要查看，如，檢查排氣裝置內部是否無殘留氣體，如有該情況需重復進行按動AT 按鈕這一操作，直至氣體排盡。

3.2 材料選擇

電磁閥。通常在使用上普遍利用的是常閉型的電磁閥，其能及時進行信號的反饋。該類電磁閥電磁線圈特點是，動鐵芯吸合，開啟泄壓閥、同時拉動主閥芯。主閥芯在被兩者介質的電壓和壓差壓下閥門處于打開狀態。當電磁閥線圈關閉時，活動鐵芯可通過彈簧復位關閉泄壓孔推動主閥芯返回，閥門關閉。通過模型作出的內容反饋，電磁閥路徑開啟，公用線連接至接通信號線但不連接至斷開信號線。當電磁閥關閉時這種情況就需要進行逆向操作。

繼電器。采用jsz3系列繼電器和西門子3rp20型時間繼電器；觸點容量。AC：220V、5A，DC：220V、0.5A；機械壽命大于或等于100萬次，電壽命大于或等于10萬次。

3.3 安裝方案

考慮到裝置的安裝位置及其運行后的長期外部環境，應采用不銹鋼接線盒解決電路的密封、絕緣和老化問題，接線盒和變壓器氣體繼電器外殼應開孔；安裝前應將管道內的異物清理干凈，盡量根據工藝流程合理、美觀地布置。管道水平安裝時其坡度通常為0.003，最小為0.002。中間不應有空置的情況以利于放氣。盡量減少轉折點并使其盡可能水平，這有利于氣流速度；在連接銅管之后檢查其可密封性，以避免銅管出現問題。不要在設備就位的情況下立即安裝接口卡口。其他部件預制完成后擰緊待連接卡口與設備的接口，然后擰緊，使卡口與設備嚴絲合縫。

4 技術特點

通過調整繼電器并增加一個中間電路，可將原氣體繼電器電路的輕氣體有效地連接到氣體放電裝置，并引入輕氣體放電啟動信號來啟動排氣裝置。同時調整手動開關，以便操作員和維護人員可使用排氣模式作為最佳選擇。不改變原有保護接線，應用輕瓦斯器報警信號來控制排氣裝置的啟動和停止。時間繼電器控制延時保證了運維人員的處置時間。設計電路控制電磁閥啟動排氣，在時間繼電器的使用過程中要合理搭配其各個閉合裝置，電磁閥的常開觸點與反饋電路相連，可有效對排氣裝置進行管控。在連接氣路的過程中氣體繼電器放氣螺栓采用卡口連接銅管的方式，并使用擴張器為銅管進行地接排氣。

該裝置分為變壓器瓦斯繼電器模塊、瓦斯動作模塊、瓦斯繼電器排放氣體模塊和輕瓦斯的排放電路過載保護模塊：根據以往變壓器效應的原因和變壓器結構可看出，主變壓器本體會產生氣體的可能性幾乎可忽略不計，但在工作上有載分接開關較常用，所以在氣體的排放時也需盡可能采取有載氣體作為第一選項；通過堅實質地的管道地接，并在瓦斯繼電器排放裝置配置的情況下進行排氣動作，為防止耗油過程中出現電磁閥的異常現象，通常電磁閥會選用耐油性質的類型；通過電路聯動電磁閥啟動排氣裝置，同時再加上與時間繼電器在時間機制上的配合，可讓排放不再隨意，防止在非工作時間內造成氣體泄露；通過設置中間繼電器ZJ，可在基于原瓦斯繼電器裝置的前提條件下將原有的輕瓦斯報警器傳遞到排氣裝置上。

該裝置優點：裝置與設備無縫連接。在管道裝置方面，其氣體排放時有極強的優勢，能在不改變原有的瓦斯繼電器內外裝配機體的前提下使得其本身結構堅固牢靠；延時啟動排氣。在搭配使用這一面，延時技術很好地解決了輕瓦斯報警信號發射與排氣裝置間的聯動，使工作進程更加高效；手自一體。在設計思路環節，延用先前就準備好的輕瓦斯報警回路，利用自動或非自動的方式進行瓦斯的排放，從而解決氣體在采集方面的困難與排放的輕捷便利；確保正確動作。在排氣時間上制定時間的排放區間，結合當前的常閉接點進一步解決電磁閥在關停啟動的異常現象。

綜上，此裝置經過階段性的試驗與設備應用后，在一定程度上該裝置的配置起到了節約費用、減輕作業強度、保障工作安全、推廣范圍廣等作用。