換流變壓器瓦斯繼電器誤動(dòng)作原因分析及優(yōu)化

楊洋

摘 要：變壓器在電力系統(tǒng)中是極為常見的基礎(chǔ)設(shè)備之一，也是最為常用的電力設(shè)備，即使在生活中，變壓器都在發(fā)揮著極其重要的作用，因此變壓器的安全也就成為目前關(guān)注的重點(diǎn)。本文即針對(duì)換流變壓器瓦斯繼電器存在的誤動(dòng)作問題，在“懸臂梁”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、大電流等方面原因進(jìn)行具體分析，同時(shí)提出了避免瓦斯繼電器誤動(dòng)作的有效改進(jìn)措施。

關(guān)鍵詞：換流變壓器；瓦斯繼電器；保護(hù)誤動(dòng)；“懸臂梁”結(jié)構(gòu)；繞組變形

1.引言

瓦斯繼電器保護(hù)是換流變壓器的主要保護(hù)方式，這種保護(hù)方式能較快的反映出換流變壓器的內(nèi)部故障，對(duì)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(yīng)尤其靈敏。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，電弧將絕緣材料分解為大量氣體，從而會(huì)產(chǎn)生較大的油流涌動(dòng)現(xiàn)象，使重瓦斯接點(diǎn)閉合，發(fā)出跳閘脈沖，進(jìn)而避免事故范圍擴(kuò)大，可見重瓦斯保護(hù)的正確動(dòng)作在輸電系統(tǒng)中處于核心地位。

2. 換流變壓器瓦斯繼電器誤動(dòng)作現(xiàn)狀及問題分析

2.1“懸臂梁”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)增強(qiáng)瓦斯繼電器振動(dòng)

“懸臂梁”結(jié)構(gòu)主要是指一端是固定支座，另一端為自由端的結(jié)構(gòu)。在整個(gè)“懸臂梁”結(jié)構(gòu)中，即使在末端施加一個(gè)較小的載荷，在臂梁的連接處也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的振動(dòng)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(jié)構(gòu)。當(dāng)換流變壓器進(jìn)行充電時(shí)，流經(jīng)變壓器的最大暫態(tài)電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于正常運(yùn)行電流，同時(shí)瓦斯繼電器安裝于變壓器本體與主油枕之間，再經(jīng)過“懸臂梁”結(jié)構(gòu)的放大作用，從而瓦斯繼電器的振動(dòng)幅度也隨之放大，這種狀態(tài)持續(xù)一段時(shí)間后，瓦斯繼電器產(chǎn)生的振動(dòng)加速度就會(huì)大于瓦斯繼電器振動(dòng)加速度的設(shè)計(jì)值，從而使瓦斯繼電器下浮球掉落，造成重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作。

2.2大電流作用下繞組變形產(chǎn)生油流涌動(dòng)現(xiàn)象

換流變壓器造成大電流的因素較多，主要包括勵(lì)磁涌流、短路電流以及打穿越電流等。一般情況下，外側(cè)繞組為電壓等級(jí)較高的網(wǎng)側(cè)繞組，內(nèi)側(cè)繞組為電壓等級(jí)較低的閥側(cè)繞組。根據(jù)減極性原則，網(wǎng)側(cè)繞組和閥側(cè)繞組所流過的電流方向正好相反。在當(dāng)換流變壓器電流過大時(shí)，由于大電流與軸向漏磁通的相互作用，網(wǎng)側(cè)繞組和閥側(cè)繞組都會(huì)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(chǎn)生較多的空隙，換流變壓器油將會(huì)迅速進(jìn)入空隙，使空隙內(nèi)油壓高于外部油壓，一方面導(dǎo)致瓦斯繼電器油流速增快，另一方面導(dǎo)致瓦斯繼電器發(fā)生振動(dòng)，從而迫使瓦斯繼電器下浮球掉落，導(dǎo)致重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)作。

2.3冷卻器同時(shí)全啟導(dǎo)致瓦斯繼電器誤動(dòng)作

在有關(guān)電力運(yùn)行的設(shè)備與材料中，溫度或高或低均會(huì)產(chǎn)生較大影響，而我們利用磁鐵吸盤降級(jí)加速傳感器吸附固定在瓦斯繼電器連接管的方法，進(jìn)行了瓦斯繼電器振動(dòng)數(shù)據(jù)檢測(cè)，得知溫度的變化對(duì)瓦斯繼電器的運(yùn)行過程果然具有較大影響。相關(guān)實(shí)驗(yàn)證明，冷卻器同時(shí)啟動(dòng)組數(shù)越多，瓦斯繼電器的振動(dòng)加速度就越大，而變壓器的運(yùn)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(dòng)加速度，而運(yùn)行中冷卻器的開啟和關(guān)閉會(huì)產(chǎn)生溫度的變化，加之啟動(dòng)組數(shù)的不確定性，導(dǎo)致冷卻器對(duì)瓦斯繼電器誤動(dòng)作的影響非常大，同時(shí)開啟產(chǎn)生的誤動(dòng)作更是不言而喻了。

3. 換流變壓器瓦斯繼電器誤動(dòng)作的改進(jìn)措施

3.1優(yōu)化改造“懸臂梁”結(jié)構(gòu)

針對(duì)“懸臂梁”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不足導(dǎo)致重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)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(shí)心鐵棒，來降低瓦斯繼電器振動(dòng)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(tài)，兩根鐵棒需用卡環(huán)固定在主導(dǎo)油管上，起到穩(wěn)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(zhì)管道代替，從而起到減小振動(dòng)的作用。采用這兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法，能夠有效的解決“懸臂梁”結(jié)構(gòu)放大振動(dòng)幅度的問題，從而避免了瓦斯繼電器誤動(dòng)作的發(fā)生。

3.2提高換流變壓器制造工藝

針對(duì)換流變壓器大電流作用下繞組變形產(chǎn)生的油流涌動(dòng)或嚴(yán)重振動(dòng)問題，需從三個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)，一方面在換流變壓器的設(shè)計(jì)過程中，需根據(jù)實(shí)際工程情況進(jìn)行分析，充分考慮勵(lì)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(hào)樣式，從而滿足冗余設(shè)計(jì)要求；一方面還應(yīng)提升換流變壓器的制造工藝，增強(qiáng)繞組內(nèi)部力學(xué)特征、絕緣水平以及機(jī)械穩(wěn)定性，達(dá)到變壓器繞組變量不足以出現(xiàn)油流涌動(dòng)或嚴(yán)重振動(dòng)現(xiàn)象的要求；另一方面要結(jié)合現(xiàn)場施工情況，在瓦斯繼電器處設(shè)計(jì)增加超聲波流量計(jì)，監(jiān)測(cè)變壓器油流速度，及時(shí)準(zhǔn)確的采集油流數(shù)據(jù)，建立油流數(shù)據(jù)庫，分析油流狀態(tài)和變化趨勢(shì)，從而使變壓器故障更及時(shí)有效的分析和處理。

3.3增加冷卻器延時(shí)逐臺(tái)啟動(dòng)功能

換流變壓器冷卻器全啟會(huì)造成油流涌動(dòng)或瓦斯繼電器嚴(yán)重振動(dòng)等問題，因此需充分考慮瓦斯繼電器振動(dòng)加速度設(shè)計(jì)值和冷卻器同時(shí)啟動(dòng)組數(shù)、變壓器運(yùn)行電流和本體油溫等因素的關(guān)系，在換流變壓器冷卻器控制系統(tǒng)中，增加延時(shí)啟動(dòng)功能，從而達(dá)到降低冷卻器啟動(dòng)時(shí)的最大振動(dòng)加速度，避免油流涌動(dòng)或嚴(yán)重振動(dòng)問題。

4. 換流變壓器瓦斯繼電器誤動(dòng)作措施的優(yōu)化效果評(píng)價(jià)

“懸臂梁”結(jié)構(gòu)通過加固法和硬連接法的升級(jí)改造后，減小了瓦斯繼電器的振動(dòng)幅度，有效解決了“懸臂梁”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題而導(dǎo)致的瓦斯繼電器振動(dòng)幅度過大，

從而有效的避免了瓦斯繼電器誤動(dòng)作，保障了換流變壓器的正常運(yùn)行。在換變流變壓器設(shè)計(jì)過程中，分析勵(lì)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(hào)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(chǎn)生油流涌動(dòng)和嚴(yán)重振動(dòng)的可能性。在瓦斯繼電器處增加超聲波流量計(jì)，使變壓器油流速度和變化得到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，促進(jìn)了變壓器運(yùn)行狀態(tài)和問題異常的處理分析工作，從而進(jìn)一步避免了換流變壓器瓦斯繼電器誤動(dòng)作。換流變壓器冷卻器增加逐臺(tái)延時(shí)啟動(dòng)功能，有效的防止了冷卻器全部啟動(dòng)而產(chǎn)生的油流涌動(dòng)和嚴(yán)重振動(dòng)問題。

5.結(jié)語

總而言之，瓦斯繼電器是變壓器本體的主要保護(hù)之一，在變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，能夠及時(shí)、有效、準(zhǔn)確的動(dòng)作是保障換流變壓器穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。通過對(duì)換流變壓器瓦斯繼電器誤動(dòng)作的原因分析，提出了誤動(dòng)作的原因，找到了解決誤動(dòng)作的針對(duì)性措施。經(jīng)過“懸臂梁”結(jié)構(gòu)改造、提高換流變壓器制造工藝以及增加冷卻器延時(shí)逐臺(tái)啟動(dòng)功能等措施后，有效的降低了瓦斯繼電器的誤動(dòng)作概率，提高了換流變壓器運(yùn)行的可靠性，保障了電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定供電。

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