變壓器有載輕瓦斯頻繁動作故障分析

云南電網有限責任公司玉溪供電局 邱香麗

電力變壓器是電力設備中極其重要的設備，其運行的可靠性直接關系著整個電力系統的安全與穩定[1]。電力系統是一個復雜的系統，由發電、輸電、變電、配電和用電等環節組成，各環節之間的設備又是緊密相連的，作為變電環節中關鍵設備的變壓器一旦發生故障，將對供電可靠性和系統的正常運行帶來嚴重影響，甚至會使整個電力系統癱瘓瓦解，從而影響電力供應及用戶用電，嚴重時甚至會使工業生產出現巨大的財產損失，給人們的生活生產帶來諸多不便[2]。

變壓器的瓦斯保護是反映變壓器內部故障的一種保護，實際運行中的變壓器當過載發熱、鐵芯局部發熱、漏磁導致油箱發熱等油分解的氣體上升進入瓦斯繼電器集氣室時，氣壓使油面緩慢下降，繼電器隨油面的落下，輕瓦斯干簧接地導通發出輕瓦斯動作的信號，油面進一步下降將引起重瓦斯動作跳閘，嚴重時會引起主變損壞。

本文以某變電站實際運行中的一臺220kV 變壓器投運后第二年內發生了4次“有載輕瓦斯動作”告警的異常現象為例，通過分析該變壓器的故障現象，找到其產生原因，并最終找出解決的措施。

1 故障分析

1.1 故障現象

某變電站實際運行中的一臺220kV 變壓器（為煙臺東源變壓器有限責任公司生產的型號為SFSZ10-180000/220GY， 有載分接開關為MR 分接開關，生產的型號為M Ⅲ600Y-123/C-10193WR）投運后一年內未發生任何故障，按照相關新投運變壓器首次檢修標準，一年后對該主變壓器進行檢修，更換有載分接開關瓦斯繼電器，之后的半年內發生了4次“有載輕瓦斯動作”告警的異常信號。

在第一、第二次發出“有載輕瓦斯動作”告警信號時，檢修人員懷疑是因為檢修時更換過瓦斯繼電器后有殘留氣體留在管道中或變壓器正常產氣造成瓦斯繼電器動作，只是進行排氣處理。時隔兩個月后再次發“有載輕瓦斯動作”告警信號時，基本可以排除因更換過瓦斯繼電器后有殘留氣體留在管道中或變壓器正常產氣導致的有載輕瓦斯動作。

由于該變壓器裝有在線凈油裝置，所以在現場排氣后將在線濾油裝置關閉三個月來排除是否是在線濾油裝置（每星期濾油一次）影響。在凈油裝置關閉后的一個月，該主變壓器再次發出“調壓輕瓦斯動作”告警信號，因此排除了在線濾油裝置的原因，檢查了是否因積聚空氣、油位降低、二次回路故障或變壓器內部故障造成的動作，結果檢查氣體繼電器時有220mL 左右氣體。當瓦斯繼電器動作后，如果不能明確判別是不是變壓器內部故障所致，應通過鑒別氣體的性質作進一步判斷。觀察氣體繼電器內的氣體顏色及試驗其是否可燃，專業人員對集氣盒中的氣體進行了試驗分析。這些氣體無色、無味并且不可燃，通過色譜分析可以判斷為空氣。并采集了氣體做油中溶解氣體和水分分析，試驗合格未發現異常；同時觀察變壓器油色譜離線并在線監測數據均未發現異常。

1.2 現場試驗檢查結果

變壓器的輕瓦斯保護動作，一般作用于信號，以表示變壓器運行異常。在實際運行中變壓器發出“有載輕瓦斯動作”信號的常見原因有：密封不嚴使空氣進入變壓器；有載調壓油枕中油面低于輕瓦斯浮筒；變壓器內部故障產生氣體；發生穿越性短路時輕瓦斯動作；氣體繼電器或二次回路故障；氣體繼電器誤動作；油的耐壓下降導致滅弧能力下降，使產生的氣體量增大；氣體繼電器至開關油枕處的連接管傾斜度達不到要求，造成氣體不能正常排出[3]。

變壓器內部故障時主要通過瓦斯保護來切除，除此之外瓦斯保護對變壓器一些常見的內部故障如：匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內部故障、繞組內部斷線及絕緣劣化和油面下降等故障均能靈敏地工作[4]。以開口杯擋板式氣體繼電器為例，正常情況下，瓦斯繼電器中充滿了油，當變壓器發生內部故障時，產生少量氣體聚集在氣體繼電器上部，迫使氣體繼電器內的油面下降，使開口杯露出油面，因物體在氣體中比在油中收到的浮力小，因此開口杯失去平衡，繞軸落下，永久磁鐵隨之落下，接通干簧觸點，發出輕瓦斯動作信號，當變壓器漏油時，同樣由于油面下降而發出輕瓦斯動作信號。

通過輕瓦斯動作原理及該站信號、現場分析判斷，瓦斯繼電器中有200mL 氣體發出“輕瓦斯動作”告警信號為正常動作信號。

針對該主變壓器頻繁發生“調壓輕瓦斯動作”動作信號，查找相應的可能發生動作信號的部位，其產氣原因均未能具體找到，為了查找產氣原因，對該主變有載調壓分接開關進行吊芯檢查。

對有載分接開關呼吸器硅膠進行檢查，未見變色現象；對有載分接開關瓦斯繼電器進行檢查，從觀察窗進行觀察未見氣體，從瓦斯繼電器排氣孔可以排出少量氣體，有載分接開關本體排氣孔也排出少量氣體，這些氣體通過試驗分析判斷均為空氣。

高壓試驗專業在吊芯前、后對該主變進行了直流電阻和分接開關特性試驗，試驗合格。同時對該主變有載分接開關絕緣油進行了油耐壓測試，吊芯前為55kV，吊芯后為53kV，試驗合格。檢修專業人員對有載分接開關進行吊芯檢查，發現了以下問題：第一，有載分接開關靜觸頭出現放電燒傷痕跡；第二，有載分接開關內部存在碳化物；第三，油枕至分接開關油管坡度不滿足要求，造成氣體繼電器內存留氣體。

經檢查測量發現油枕至分接開關一段油管過于水平，坡度不滿足要求，檢測實際運行坡度0.083%，造成回油不暢通，使氣體存留在瓦斯繼電器內。圖1為現場測量的管道數據圖。

圖1 管道數據圖

1.3 故障原因分析

變壓器有載分接開關在正常運行時，在檔位切換時有一個燃弧過程，電弧在油中燃燒就會產生較多的氣體，這是原因之一，分接開關產氣原因有如下幾點。

第一，有載分接開關絕緣油的絕緣強度下降。對有載分接開關室內油取樣進行絕緣油試驗，耐壓試驗合格。

第二，分接開觸頭接觸不良。當負載電流較大時，會導致觸頭過熱，進而導致絕緣油分解氣體[5]。

第三，有載分接開關調檔。分接開關調檔是釋改變變壓器繞組的匝數比來實現電壓的調節，從而實現變壓器運行于不同檔位。在調節匝數時會產生電弧，隨后在油中燃燒后分解形成氣泡，隨著氣泡中分解的氣體增加達到輕瓦斯動作的值，主變就會發出輕瓦斯動作的報警信號。主變負荷電流大時產生的氣泡也會比電流小的時候大，氣泡大了就會使氣體的產生量增多。運行正常的分接開關，負荷較大（負載電流In ﹥450A），切換次數越多，瓦斯繼電器報警越頻繁[6]。反之負荷較小，開關動作次數少，繼電器報警的頻率也就低，間隔時間長。

第四，油室內存在局部放電源。變壓器有載分接開關存在大量碳化物，碳化物在電場作用下產生局部放電，使有載分接開關絕緣油產生氣體。

第五，油枕至分接開關油管角度不滿足要求。變壓器油枕至分接開關油管角度不滿足要求，可能造成回油管路不暢通，使氣體存留在瓦斯繼電器內。

1.4 故障原因判斷

通過以上的故障原因分析，變壓器試驗和絕緣油試驗，有載分接開關特性試驗合格。有載分接開關內部存在碳化物并不是有載分接開關氣體繼電器動作、告警的原因。

通過綜合分析該變壓器頻繁發生“有載輕瓦斯動作”的主要原因為油枕至分接開關油管角度，變壓器油枕至分接開關一段油管過于水平，角度不滿足要求，可能造成回油管道不暢通。有載分接開關在正常運行時，在調檔切換時有一個燃弧過程，電弧在油中燃燒會產生氣體，因油路管道安裝不規范，氣體釋放通道不正常，部分氣體沒有有效途徑排出，存留在瓦斯繼電器內。分接開關每動作一次產生的氣體會有部分存留在瓦斯繼電器內，當達到一定動作次數，瓦斯繼電器內聚集的氣體量就達到輕瓦斯動作告警的臨界值，此時就會造成瓦斯繼電器輕瓦斯動作告警。

2 解決措施

通過對該變壓器有載分接開關吊芯檢查，從高壓試驗、油化、檢修三個方面對變壓器有載分接開關進行詳細檢查，主要對該主變有載分接開關進行了直流電阻和分接開關特性試驗、絕緣油耐壓測試、油中溶解氣體分析，以及檢查是否存在放電點、觸頭松動、過渡電阻，以及絕緣板等。并用試驗合格絕緣油對分接開關反復沖洗，徹底清理金屬屑和碳化物；緊固各部位螺栓，消除金屬導電件尖端，避免出現尖端放電。

而引起該變壓器“有載輕瓦斯動作”的主要原因是油枕至分接開關油管角度問題，要在原來的基礎使油管至油枕的坡度達到規定的值，變壓器安裝標準中規定，新安裝變壓器大蓋坡度為1%～1.5%，油枕連接管坡度為2%～4%，油浸式變壓器裝有氣體繼電器時，頂蓋應沿氣體繼電器方向的升高坡度為1%～1.5%，通過計算坡度使其滿足要求的值范圍，最終采用在垂直管道上剪切掉20mm 的方法，從而達到抬升油管道使其坡度滿足要求。圖2為改裝后的管道數據圖。

圖2 油管改裝后數據

通過該方法進行改裝處理后，管道靠油枕端的垂直高度提升了18mm，達到195mm，經過測算，該段油管的水平角度為1度，水平坡度為1.76%，滿足要求。保證有載分接開關在調檔切換時，電弧在油中燃燒產生氣體釋放通道正常，氣體不會存留在瓦斯繼電器內，致變壓器發出“有載調壓輕瓦斯動作”信號。最終解決了該站220kV 主變頻繁發“有載調壓輕瓦斯動作”信號的問題。

3 結語

在實際運行中可能引起變壓器“有載輕瓦斯動作”的原因很多，要保障變壓器的正常運行就要在日常運行中加強運維。第一，對新投入運行的變壓器，運行人員要加強觀察有載分接開關氣體繼電器內氣體積累情況，發現問題及時上報專業人員分析處理；第二，對運行中的變壓器有載調壓裝置進行全面巡視維護，如瓦斯繼電器是否漏油、滲油，閥門是否開啟正確，油枕油位是否正確，變壓器呼吸器是否正常暢通等；第三，加強有載分接開關在線濾油裝置管理，降低絕緣油中雜質含量，定期對絕緣油進行取樣試驗等。