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变压器气体继电器故障分析与改进措施

变压器技术2020-03-25 16:58:25

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1、概况

      

气体继电器是大型电力变压器最重要的非电量保护装置。实践证明,装有气体继电器的变压器,在变压器本体发生放电性或由其他因素引起的绝缘油快速分解故障时,反映最灵敏的往往是气体继电器。


它的正确动作能大大减少变压器故障后的损失。目前,QJ系列的气体继电器主要有QJ-25、QJ-50、QJ-80等几种或其改进型产品,它们的结构基本相同。


在JB/T9647-1999《气体继电器》中,规定了此类产品的型号、技术要求等。在一些显示器变压器上也有采用,如速动油压继电器、皮托(PITOT)继电器、BR-1型继电器或MK-10型继电器等。


但到目前为止,尚没有出现一种可以完全取代气体继电器的大型电力变压器的非电量保护装置。

      

当变压器内部出现轻微故障时,因油分解产生的气体逐渐积聚到气体继电器上部,达到一定量时,使上开口杯下降到某一限定位置,其上的磁铁使干簧接点吸合,发出轻瓦斯保护动作,发出信号。


当变压器内部发生严重故障时,绝缘油被迅速并大量分解,使油箱内压力急剧升高,出现油的浪涌现象,气体继电器连接油管内产生油流达到继电器启动定值时,油流冲击挡板,当挡板旋转到某一限定位置时,其上的磁铁使干簧接点吸合,使生瓦斯保护动作、开关跳闸、切除故障。

      

气体继电器的动作有正确动作和误动作之分。文章就气体继电器因使用不当或制造缺陷原因,产生非正常动作的情况加以统计分析,并提出一些改进措施,为正确使用变压器瓦斯保护装置提供参考。 

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2、辽宁电网发生的主事故实例


2.1使用维护不当引起重瓦斯保护动作


2.1.1呼吸系统不畅


(1)、1991年1月12日,太平哨电厂2号主变压器正常运行中(SFPL-120000/220型),重瓦斯保护动作跳闸。当时有功功率为80MW、无功功率为20MVAR,上层油温为66℃。


因环境温度低,已经吸潮的吸湿器硅胶结块,引起呼吸不畅,在机组负荷增加、油温升高时,造成呼吸器跑油,热油将硅胶结块融化,压力突然释放,造成重瓦斯保护动作跳闸。


1990年2月25日,太平哨电厂1号主变压器(SFPS-120000/220型)发生过同样事故。

(2)、1992年1月1日,白山电厂红石变电站2号主变压器正常运行中(SFP-120000/220型),轻、生瓦斯保护动作,两侧开关跳闸,呼吸器喷油。


当时正值调峰,机组满负荷运行的时间,上层油温达69.4℃,环境温度为-10.5℃。变压器运行时冷却风扇未投入,加之负荷较大,变压器温度快速上升,导致发生事故。经分析发生事故的原因与上例基本相同。

2.1.2、本体端子箱密封不严

      

(1)、1992年3月10日,两锦局凌河一次变电站1号主变压器(SFP-63000/220型)重瓦斯保护动作,开关跳闸。


经检查发现,事故时工作人员正在用洗衣粉水对油箱进行清洗。未对器身上的端子箱采取可靠的遮挡措施,雾状水珠进入端子箱,知接跳闸回路接点,造成重瓦斯保护动作跳闸。 

     

(2)、1993年6月29日,两锦局锦州一次变电站1号主变压器(DF-40000/220型)发生由于C相变压器二次保护端子箱密封不良、受潮,未落实重瓦斯跳闸线与相邻正电源分开布置的反事故措施,造成相邻的跳闸线与正电源短接,导致发生重瓦斯保护动作跳闸事故。沈阳电厂主变压器发生了同样原因的重瓦斯保护动作跳闸事故。


2.1.3、气体继电器引出电缆或二次回路不良

      

(1)、1997年1月12日,铁岭局中固二次变电站1号主变压器(SFL1-8000/60)有载调压开关重瓦斯保护动作,主变压器停运。经检查为有载调压开关重瓦斯保护电缆绝缘损坏,造成跳闸接点短接,保护动作。

     

(2)、1991年铁岭局平顶堡二次变电站、朝阳局木头城子二次变电站主变压器,因主控保护屏到变压器端子箱之间的电缆绝缘降低,以到绝缘击穿,造成重瓦斯保护动作跳闸。

     

(3)、1994年3月7日,赤峰局土城二次变电站主变压器发生因二次回路接地,造成跳闸回路接通,重瓦斯保护动作、开关跳闸事故。

2.1.4、气体继电器安装不良

      

1998年6月19日,赤峰局元宝山一次变电站1号主变压器(SFPZ-120000/220型)有载调压重瓦斯保护动作,10条66KV线路及母线全停。事故原因是:安装有载调压气体继电器时,法兰压住继电器跳闸端子引线,造成引线绝缘损坏,接点短接,有载调压重瓦斯保护动作跳闸。 


2.2、制造缺陷引起的重瓦斯保护动作


2.2.1、气体继电器干簧接点玻璃管破碎

     

(1)、2005年9月2日,大连开发区供电局220KV中华路变电站1号主变压器调压开关重瓦斯保护动作,三侧开关跳闸,主变压器停电。


经检查发现,调压开关气体继电器干簧管断裂、破碎,有放电短路痕迹,初步判定为干筑管破碎后,瞬间接通引起跳闸。1998年9月25日和2004年1月22日,该变压器曾发生了2次同样原因的事故。

      

(2)、2002年1月27日,大连供电公司革镇堡一次变电站2号主变压器(SFPSZ-120000/220型)有载调压重瓦斯保护(气体继电器型号为QJ4G-25型)动作跳闸。


跳闸原因是串联在重瓦斯保护回路中的气体继电器中的干簧接点玻璃管破碎,簧片搭接,跳闸回路接通,导致开关动作跳闸。


2.2.2、气体继电器接线盒密封不良

      

(1)、1992年5月22日,大连一次变电站一组主变压器重瓦斯保护动作,三侧断路器跳闸,全站停电。经检查是由于气体继电器接线端子盒防水不良,进水受潮,跳闸接点短接,造成重瓦斯保护动作跳闸。

      

(2)1991年5月26日,本溪局崔东二次变电站2号主变压器、1996年5月1日铁岭局乱石山二次电路站1号主变压器、1995年4月22日阜新66电厂KVT1T变压器、1998年7月22日鞍山局太平二次变电站1号主变压器等都发生了主变压器或有载调压气体继电器接线端子盒密封不严,进水后短接瓦斯保护接点,造成保护动作跳闸。 


2.3、轻瓦斯保护频繁动作


2.3.1、制造缺陷引起轻瓦斯保护动作


1992年4月8日,通辽电厂2号主变压器运行中轻瓦斯保护动作,经检查为气体继电器轻瓦斯油杯转轴脱落,造成轻瓦斯保护接点接通,发出信号。


2.3.2、油位降低引起轻瓦斯保护动作


(1)、1992年1月24日,通辽电厂4号主变压器、1991年赤峰局元宝山二次变电站、乌丹二次变电站主变压器都出现了因漏油或温度降低、油位严重下降,导致轻瓦斯保护动作的情况。


(2)、1993年鞍山局海城一次变电站2号主变压器(SFPS-63000/220型)、1993清河电厂7号主变电站变压器(SFP3-26000/220型)、1994年沈阳高台山一次变电站1号主变压器等都发生了轻瓦斯保护频繁动作,其原因都是由于冷却器油门、胶垫老化龟裂漏油,油位下降,轻瓦斯保护动作。


(3)、2001年1月10日,丹东局蛤蟆塘二次变电站1号主变压器轻瓦斯保护动作。原因是变压器油箱上盖插测温元件孔的胶圈损坏,进水后将测温元件插管冻裂,造成储油柜油大量漏泄,轻瓦斯保护动作。


2.3.3、空气侵入引起轻瓦斯保护动作

     

1992年朝阳电厂1号主变压器、1993年白山电厂红石电站2号主变压器(SFPSZ4-63000/220型)、1993年赤峰局元宝山一次变电站2号主变压器(SFPZL3-63000/220型)。


1994年沈阳劝工一次变电站1号主变压器(SFPS3-80000/220)、2001年本溪一次变电站5号主变压器、铁岭开原一次变电站2号主变压器都发生瓦斯保护频繁动作,其原因都是由于冷却系统负压区有密封不良情况,造成空气侵入,轻瓦斯保护动作,发出信号。 

    

2.3.3、残存空气引起轻瓦斯保护动作

    

1993、年沈阳局孙家一次变电站1号主变压器(SFPSL3-63000/220型)、1993年丹东局岫岩一次变电站主变(SFP-63000/220型)、1994年赤峰局元宝山一次变电站2号主变压器(SFPZL3-63000/220型)


1994年抚顺局河北一次变电站主变压器(SFPS7-180000/220型)都发生了轻瓦斯保护频繁动作。经检查,故障原因是:更换冷却器后,排气不彻底或更换硅胶后浸油、排气不充分,残存空气逐渐析出,造成轻瓦斯保护频繁动作。

      

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3、气体继电器非正常动作情况分析


(1)、气体继电器非正常动作情况分为重瓦斯保护动作跳闸和轻瓦斯保护动作,发出2类信号。由于前都动作于跳闸,往往影响和损失都大,是我们特别应该注意和预防的。


(2)、从由运行维护不当引起重瓦斯保护动作的统计看:对设备的反事故技术措施落实得好的,此类事故发生的就少,反之,不能严格执行各级制定的反事故技术措施的,这类事故发生的就比较集中。此类故障的主要表现形态是:


①由于呼吸系统不畅,引起重瓦斯保护动作。


②由于本体端子箱密封不良,进水引起重瓦斯动作。


③由于继电器引出电缆短路或绝缘不良,引起重瓦斯保护动作。


第一类表现形态都发生在冬季,且为水电机组、环境湿度大,变压器负荷变化大,并伴随着呼吸器跑油。


第二类故障纯属维护不到位,在雨季到来之前应该落实的反事故措施不能认真落实。有的单位对多年强调的正电源与跳闸线在端子排上要隔开的要求也没有落实。


对电缆和二次线加强绝缘监视,定期试验十分必要,特别要提高安装质量,防止因安装不当而给运行带来隐患。 


(3)、由于制造缺陷引起的重瓦斯保护动作主要表现为气体继电器干簧接点玻璃管碎裂和继电器接线盒密封不良2种形态。


前者都发生在有载调压开关的气体继电器上,且在同一台变压器上,1998年、2004年和2005年发生了3次事故,是否与该处振动幅值较大有关,需要进一步分析,但主要还是应该提高继电器的制造质量。


气体继电器接线盒密封不良问题,在各类继电器上都有发生,说明改进接线盒的密封状况势在必行,也可对改变接线盒的安装方向进行探讨,以减少进水短路的几率。


有的单位采用加装防雨罩的措施,可以有效的减少此类事故的发生,但最根本的还是要确保接线盒密封万无一失。


(4)轻瓦斯保护频繁动作,如果不能及时、正确判断,对于发展较快的故障可能造成漏判,酿成大祸。由于气体继电器浮筒转轴脱落,造成轻瓦斯保护频繁动作,是制造过程中应该特别注意改进的。


在油位降低的情况下,轻瓦斯发出信号,使运行人员及时采取措施,防止漏油的继续发展,说明轻瓦斯保护设置的重要意义。


变压器或冷却系统存在负压区进气或排气不彻底,导致轻瓦斯保护频繁动作的隐患,这种情况容易使人们麻痹,此时,若有其他故障发生,容易产生漏判,所以,此时应尽快处理漏气或排队残留气体。

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4、改进措施 


(1)速动油压继电器在变压器本体发生严重故障时,达到或超过整定的压力值时,压力升速越快,其动作越灵敏,对保护变压器可以起到一定作用。


但到目前为止,变压器生产厂家还没有以此装置取代气体继电器。对高电压、大容量的重要变压器,加装此类装置可以大大提高保护的可靠性。


(2)对于有载调压开关的气体继电器设置,应遵循国家标准和行业标准的有关规定:


保护装置应反映压力或油流冲击的情况,如采用气体继电器代替油流控制继电器,该继电器应该具有油流冲击动作功能,不必保留轻瓦斯保护功能,这样,可以减少轻瓦斯动作后的大量工作,又可以对有载调压开关实施可靠的保护。


(3)、在经过多次事故教训和经过认真调研、分析,经过对几个生产厂家的技术改进进行评议后,辽宁省电力有限公司于2004年8月在《关于变压器有载分接开关气体继电器选型的通知》文件中,对QJ4G-25型气体继电器的改进,作了明确要求:


①继电器的支架调试为70-90mm;②采用双接点串联结构,干簧管接点引线距离不小于4mm;


③不采用轻瓦斯开口杯装置,并取消相应接点;


④干簧管应采用双螺丝固定在支架上,并在固定环内加装缓冲层;


⑤采用质量好的、接点镀银的干簧管;


⑥推荐采用引线焊接点热塑包封结构。对其他尚未采取改进措施的有载调压开关用气体继电器暂不宜选用。 


(4)、对有载调压开关重瓦斯保护是否投跳闸,应根据实际情况而定。如气体继电器未做改进,发生误动的频次较多,也可以暂投信号。对有载调压开关用气体继电器采用改进后新结构的产品,变压器有载调压开关的瓦斯保护可以投跳闸。


(5)、对于220KV有以上的变压器,必须采用双接点的气体继电器;对于66KV及以下的变压器,逐步采用双接点的气体继电器;对于有载调压开关用的气体继电器,一律取消轻瓦斯回路。

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