主變瓦斯保護動作故障分析與處理

馬雁，王非，郭琳

（1. 鄭州電力高等?？茖W(xué)校 電力工程系，河南鄭州 450000；2. 中電投河南電力有限公司技術(shù)信息中心，河南 鄭州 450001；3. 鄭州電力高等?？茖W(xué)校 電力工程系，河南 鄭州 450000）

1 故障概況

某火電廠2號主變采用上海某公司生產(chǎn)的戶外三臺單相變壓器DFP-240000/500，額定容量3×240 MV·A，額定電壓比550-2×2.5%/22 kV，單相、雙線圈銅繞組、無載調(diào)壓、油浸式、強迫油循環(huán)風(fēng)冷，2009年11月投運。故障發(fā)生前，2號機組有功功率312 MW，無功功率13.31 MV·A，主變A相高壓側(cè)電流731 A，設(shè)備運行正常。2014年6月28日2時16分，2號主變A相故障跳閘，出現(xiàn)“主變輕瓦斯、重瓦斯”動作，檢查主變外觀無異常，檢查瓦斯繼電器中存在氣體。

2 氣體繼電器保護原理

氣體繼電器也叫瓦斯繼電器，是變壓器的保護元件。電力變壓器運行規(guī)程規(guī)定“800 kV·A及以上油浸式變壓器必須裝設(shè)瓦斯保護”。瓦斯繼電器安裝在變壓器油枕與油箱之間的管道內(nèi)，如果油浸式變壓器內(nèi)部發(fā)生放電故障，放電所產(chǎn)生的電弧會使變壓器油進(jìn)行分解，產(chǎn)生諸如甲烷（CH4）、乙炔（C2H2）、氫氣（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）、乙烯（C2H4）、乙烷（C2H6）等多種特征氣體，并且故障現(xiàn)象越嚴(yán)重，所產(chǎn)生的氣體量也越大。產(chǎn)生的氣體由變壓器內(nèi)部向上部油枕運動過程中，必需要經(jīng)過瓦斯繼電器。若氣體含量較少，氣體在瓦斯繼電器內(nèi)聚積，使浮子下降，繼電器一組常開觸點閉合，輕瓦斯動作發(fā)信號；若氣體含量較大，熱油流與熱氣流通過瓦斯繼電器快速沖出，推動繼電器內(nèi)擋扳動作，另一組常開觸點閉合，重瓦斯動作斷路器跳閘，切除故障變壓器。

3 主變故障原因分析

在現(xiàn)場，能夠引起氣體繼電器保護動作的原因有很多，比如，變壓器內(nèi)部發(fā)熱產(chǎn)生氣體；變壓器內(nèi)部發(fā)生短路或放電現(xiàn)象；溫度變化引起的油面降低現(xiàn)象；漏油引起的油面降低現(xiàn)象等[1-3]。

根據(jù)文獻(xiàn)[4]規(guī)定，現(xiàn)場如遇到氣體繼電器輕瓦斯保護動作發(fā)出信號時，應(yīng)立即檢查變壓器，查明動作原因是否為積聚空氣、油位降低、二次回路或變壓器內(nèi)部故障。如遇到氣體繼電器重瓦斯保護動作跳閘時，應(yīng)查明是否呼吸不暢或排氣未盡，外觀是否有反映故障性質(zhì)的異?，F(xiàn)象，氣體繼電器中積聚氣體的數(shù)量及是否可燃，氣體繼電器中氣體和油中溶解氣體的色譜分析結(jié)果等。

本次故障發(fā)生時，根據(jù)“2號主變A相故障跳閘，出現(xiàn)主變輕瓦斯、重瓦斯動作”這一現(xiàn)象，首先應(yīng)對主變外觀進(jìn)行檢查，在保證主變外觀無異?，F(xiàn)象時，再對變壓器油及瓦斯繼電器內(nèi)氣體分別進(jìn)行色譜分析。

經(jīng)查，主變A相外觀無明顯異?，F(xiàn)象，取2號主變A相氣體繼電器內(nèi)氣體和本體油樣回實驗室進(jìn)行色譜分析，以便查明變壓器內(nèi)部發(fā)生了何種故障致使瓦斯保護動作導(dǎo)致2號主變A相跳閘。

3.1 色譜分析

色譜分析是指將收集到的氣體用色譜儀對所含H2、O2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2等氣體進(jìn)行定性和定量分析，根據(jù)所含組分名稱和含量準(zhǔn)確判斷故障性質(zhì)、發(fā)展局勢、嚴(yán)重程度。

利用氣相色譜法分析油中溶解氣體，是檢測變壓器等設(shè)備內(nèi)部故障的一種有效的預(yù)防性試驗方法。對于運行的變壓器，溶解氣體含量的注意值如表1所示。

表1 變壓器中溶解氣體含量的注意值Tab. 1 The value of the dissolved gas content in the transformer μL/L

根據(jù)文獻(xiàn)[5]中對乙炔和總烴產(chǎn)生的故障判斷如表2所示。

3.2 色譜分析結(jié)果

2號主變A相本體油樣的色譜分析數(shù)據(jù)及2號主變A相瓦斯繼電器內(nèi)氣體的色譜分析數(shù)據(jù)如表3所示。而2號變壓器在正常運行時，主變本體油樣的色譜分析數(shù)據(jù)如表4所示。

對比表3、表4數(shù)據(jù)可知，油中含有故障特征氣體，C2H2含量已遠(yuǎn)超表1中所規(guī)定的注意值。根據(jù)表2分析可知，當(dāng)變壓器油中出現(xiàn)C2H2這種故障特征氣體時，通常是由于變壓器內(nèi)部發(fā)生電弧或放電現(xiàn)象。如果其他組分沒有超出注意值，僅乙炔超出注意值很多并且增長較快，則可能是設(shè)備內(nèi)部存在高能量的放電故障[6-8]。據(jù)表2—表4中C2H2、H2和總烴的數(shù)據(jù)分析，可初步判斷為變壓器內(nèi)部存在放電故障，故對變壓器立即解備轉(zhuǎn)搶修。

表2 C2H2和總烴產(chǎn)生的故障分析Tab. 2 Fault analysis of acetylene and total hydrocarbon

表3 故障時油色譜分析數(shù)據(jù)Tab. 3 Oil chromatographic analysis data for the abnormal operation μL/L

表4 正常運行時油色譜分析數(shù)據(jù)Tab. 4 Oil chromatographic analysis data for the normal operation μL/L

3.3 故障檢查

對變壓器內(nèi)部進(jìn)行全面檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

1）2號主變A相的高壓套管底部接線端子與固定端子之間有0.5～1.0 mm間距，兩部位接觸不良，有燒蝕現(xiàn)象，如圖1所示。這是本次變壓器高壓側(cè)A相套管內(nèi)部故障導(dǎo)致變壓器本體重瓦斯保護動作斷路器跳閘的主要原因。

2）2號主變A相高壓側(cè)分接開關(guān)支撐法蘭有裂紋，如圖2所示。

檢查變壓器其余各部件均正常，未發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象。

3.4 故障原因分析

將2號主變A相的高壓側(cè)套管拆下后發(fā)現(xiàn)，底部接線端子與固定端子之間有0.5～1.0 mm間距，拉桿裝配尺寸低于標(biāo)準(zhǔn)要求10 mm。分析本次故障原因為套管在組裝時裝配不到位，緊固力不夠，裝配存在缺陷，造成套管底部接線端子接觸不良，進(jìn)而發(fā)展到套管多處出現(xiàn)電流燒蝕，最終在底部接觸面發(fā)生嚴(yán)重?zé)g，產(chǎn)生氣體，致使變壓器瓦斯動作跳閘。

圖1 主變高壓側(cè)套管底部接線端子與固定端子之間放電燒蝕現(xiàn)象（A相）Fig. 1 Discharge ablation phenomenon of the main transformer high voltage side casing bottom terminals and fixed terminals（A-phase）

圖2 分接開關(guān)固定板支撐法蘭有裂紋（A相）Fig. 2 Cracks on the tap switch fixing plate supporting flange（A-phase）

對2號主變A相的分接開關(guān)進(jìn)行了解體檢查，各分接位置動靜觸頭接觸面良好無異常，但分接開關(guān)上下支撐法蘭有裂紋。經(jīng)分析確認(rèn)，分接開關(guān)上下支撐法蘭的裂紋是受外力作用而引起，主要原因是由于分接開關(guān)裝配不良，受應(yīng)力過大[9-10]。

4 主變故障處理

針對3.4節(jié)故障原因，對變壓器進(jìn)行故障處理：

1）更換A相變壓器高壓側(cè)套管，并按照高壓套管廠家裝配要求，安裝套管拉桿等部件。

2）更換A相變壓器分接開關(guān)上下支撐法蘭。安裝時按工藝要求施工，確保分接開關(guān)安裝質(zhì)量。

3）檢查B、C相高壓套管裝配尺寸，確認(rèn)裝配數(shù)據(jù)符合要求。

4）B、C兩相變壓器分接開關(guān)在檔位切換活動正常和直流電阻測量值符合規(guī)定的情況下，此次不安排檢查，如遇機組長期停運，應(yīng)安排對分接開關(guān)進(jìn)行檢查。

5）2號主變搶修后期各項工作，所有人員要責(zé)任到位，各項操作中要堅持安全第一的原則，盡快盡早并保質(zhì)保量的完成2號主變搶修任務(wù)。

5 結(jié)語

2號主變A相的高壓側(cè)套管更換完畢，分接開關(guān)支撐法蘭更換完畢，變壓器濾油至油質(zhì)合格，變壓器抽真空達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后，進(jìn)油開始熱油循環(huán)。至此，2號主變A相故障跳閘事故處理完畢。此例表明，瓦斯保護作為變壓器的主保護對電力變壓器的安全運行起到了至關(guān)重要的作用，瓦斯保護動作后，運行人員應(yīng)對變壓器進(jìn)行認(rèn)真檢查，必要時要根據(jù)氣體含量進(jìn)行色譜分析，并根據(jù)電力變壓器運行規(guī)程及溶解氣體分析判斷導(dǎo)則來判斷變壓器的故障性質(zhì)，以采取合理措施。

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