气囊呼吸器堵塞致重瓦斯保护动作，导致变压器跳闸的原因分析

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：当流速超过气体继电器的整定值时,气体继电器的挡板受到冲击,使断路器跳闸,从而避免事故扩大,这种情况通常称之为重瓦斯保护动作。但色谱分析正常,经检查,轻、重瓦斯保护动作的原因为变压器气囊呼吸器堵塞。例如,某220kV、120MVA 主变压器冲击送电时,冷却系统投入则发生重瓦斯保护动作引起跳闸。例如,某220kV、120MVA强油导向风冷变压器的气体继电器频繁动作,其原因之一就是潜油泵内分流冷却回路底部的滤网堵塞而造成的。

(一) 变压器内部故障

当变压器内部出现匝间短路,绝缘损坏、接触不良、铁芯多点接地等故障时,都将产生大量的热能,使油分解出可燃性气体,向油枕 (储油柜)方向流动。当流速超过气体继电器的整定值时,气体继电器的挡板受到冲击,使断路器跳闸,从而避免事故扩大,这种情况通常称之为重瓦斯保护动作。当气体沿油面上升,聚集在气体继电器内超过30ml时,也可以使气体继电器的信号接点接通,发出警报,通常称之为轻瓦斯保护动作。例如:

(1)某台220kV、120MVA 主变压器瓦斯保护动作,经试验和吊芯检查判断为35kV侧B相绕组上部匝间绝缘损坏,形成层或匝间短路造成的。

(2)某220kV、60MVA 的主变压器轻、重瓦斯保护动作,经综合分析和放油检查确定为63kV侧B相套管均压球对升高座放电造成的,与推断吻合,避免了吊芯检查。

(3)某台35kV、4.2MVA 的主变压器,轻瓦斯保护一天连续动作两次,色谱分析为裸金属过热,经测直流电阻为分接开关故障,吊芯检查发现分接开关的动静触点错位2/3,这是引起气体继电器动作的根本原因。

(二) 附属设备异常

1.呼吸系统不畅通

变压器的呼吸系统包括气囊呼吸器,防爆筒呼吸器 (有的产品两者合一)等。分析表明,呼吸系统不畅或堵塞会造成轻、重瓦斯保护动作,并大多伴有喷油或跑油现象。例如,某台110kV、63 MVA 主变压器,投运半年后,轻、重瓦斯保护动作,且压力阀喷油。但色谱分析正常,经检查,轻、重瓦斯保护动作的原因为变压器气囊呼吸器堵塞。又如,某台220kV、120MVA 主变压器,在气温为33～35℃下运行,上层油温为75～80℃。在系统无任何冲击的情况下,突然重瓦斯保护动作跳闸,经试验和检查,证明是呼吸器堵塞。由于它在高温下突通造成油流冲击,导致重瓦斯保护动作。

2.冷却系统漏气

当冷却系统密封不严进入了空气,或新投入运行的变压器未经真空脱气时,都会引起气体继电器的动作。例如,某台主变压器气体继电器频繁动作,经分析是空气进入冷却系统引起的,最后查出第7号风冷器漏气。

3.冷却器入口阀门关闭

冷却器入口阀门关闭造成堵塞也会引起气体继电器频繁动作。例如,某电厂厂用变压器大修后,投运一段时间,气体继电器突然动作,但色谱分析正常,经检查发现冷却器入口阀门造成堵塞,相当于潜油泵向变压器注入空气,造成气体继电器频繁动作。

4.散热器上部进油阀门关闭

散热器上部进油阀门关闭,也会引起气体继电器的频繁动作。例如,某220kV、120MVA 主变压器冲击送电时,冷却系统投入则发生重瓦斯保护动作引起跳闸。其原因是因为变压器第7号散热器上部进油蝶阀被误关闭,而下部出油蝶阀处于正常打开位置,当装于该处的潜油泵通电后,迅速将散热器内的油排入本体,散热器内呈真空状态,本体油量增加时,油便以很快的速度经气体继电器及管路流向油枕,在高速油流冲击下,气体继电器动作导致跳闸。

5.潜油泵有缺陷

潜油泵缺陷对油中气体有很大影响,其一是潜油泵本身烧损,使本体油热分解,产生大量可燃性气体。例如,某110kV、75MVA 的主变压器,由于潜油泵严重磨损,在一周内使油中总烃由786×10-6增到1491×10-6。其二是当窥视玻璃破裂时,由于轴尖处油流急速而造成负压,可以带入大量空气。即使玻璃未破裂,也有由于滤网堵塞形成负压空间使油脱出气泡,其结果是使气体继电器动作,这种情况比较常见。例如,某220kV、120MVA强油导向风冷变压器的气体继电器频繁动作,其原因之一就是潜油泵内分流冷却回路底部的滤网堵塞而造成的。又如,某220kV、120MVA 主变压器轻瓦斯保护动作,是由于潜油泵负压区漏气造成的。

6.变压器进气

运行经验表明,轻瓦斯保护动作绝大多数是由于变压器进入空气所致。造成进气的原因较多,主要有:密封垫老化和破损、法兰结合面变形、油循环系统进气、潜油泵滤网堵塞、焊接处砂眼进气等。例如,某台220kV、120MVA 的主变压器,轻瓦斯保护频繁动作,用平衡判据分析油样和气样表明,油中溶解气体的理论值与实测值近似相等,且故障气体各组分含量较小,故该变压器内部没有故障。经过反复检查,最后确定轻瓦斯保护动作是由于油循环系统密封不良进气造成的。

7.变压器内出现负压区

变压器在运行中有的部位的阀门可能被误关闭,如:①油枕下部与油箱连通管上的蝶阀或气体继电器与油枕连通管之间的蝶阀;②安装时,油枕上盖关得很紧而吸湿器下端的密封胶圈又未取下等。由于上述阀门被误关闭,当气温下降时,变压器主体内油的体积缩小,进而缺油又不能及时补充过来,致使油箱顶部或气体继电器内出现负压区,有时在气体继电器中还会形成油气上下浮动。油中逸出的气体向负压区流动,最终导致气体继电器动作。例如,某220kV的主变压器,由于在短路事故后关闭了油枕下部与油箱连通管上的阀门,投运后又未打开,使变压器主体内“缺油集气”,造成轻瓦斯保护频繁动作。又如,某35kV、5600kVA 主变压器在两次大雨中均发生重瓦斯保护动作,就是因为夜间突降大雨,使变压器急剧冷却,内部油位也随之下降,由于蝶阀关闭,油枕内的油不能随油位一同下降,在气体继电器内形成了一个无油的负压区,使溶解在油中的气体逸出并充满了气体继电器,造成气体继电器的下浮桶下沉,引起重瓦斯保护动作。

8.油枕油室中有气体

大型变压器通常装有胶囊隔膜式油枕,胶囊将油枕分为气室和油室两部分。若油室中有气体,当运行时油面升高就会产生假油面,严重时会从呼吸器喷油或防爆膜破裂。此时变压器油箱内的压力经呼吸器法兰突然释放,在气体继电器管路产生油流,同时套管升高座等死区的气体被压缩而积累的能量也突然释放,使油流的速度加快,导致瓦斯保护动作。例如,某电厂2号主变压器就是因油枕油室中有气体受热时对油室产生附加压力所致。

9.净油器的气体进入变压器

在检修后安装净油器时,由于排气不彻底,净油器入口胶垫密封不好等原因,使空气进入变压器,导致轻瓦斯保护动作。

另外,停用净油器时也可能引起轻瓦斯保护动作。例如,某110kV、31.5 MVA 的主变压器,因其净油器渗漏而停用时,由于净油器上下蝶阀没有关死,如图1-51所示,变压器本体的油仍可以渗到净油器中,并迫使净油器中的空气进入本体,集中在气体继电器中造成主变压器发生轻瓦斯保护动作。

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图1-51　净油器示意图

1—上蝶阀;2—下蝶阀;3—净油器;4—变压器主体

10.气温骤降

对开放式的变压器,其油中总气量约为10%左右,大多数分解气体在油中的溶解度是随温度的升高而降低的。但空气却不同,当温度升高时,它在油中的溶解度是增加的。因此,对于空气饱和的油,如果温度降低,将会有空气释放出来。即使油未饱和,但当负荷或环境温度骤然降低时,油的体积收缩,油面压力来不及通过呼吸器与大气平衡而降低,油中溶解的空气也会释放出来。所以,运行正常的变压器,压力和温度下降时,有时空气过饱和而逸出,严重时甚至引起瓦斯保护动作。例如,某35kV、5600kVA 的变压器,在气体继电器与油枕连通管之间蝶阀关闭的情况下,就发生过两次因气温骤降,引起重瓦斯保护动作的现象。

11.忽视气体继电器防雨

气体继电器的接线端子有的采用圆柱形瓷套管绝缘。固定在继电器顶盖上的接线盒里,避免下雨时油枕上的雨水滴进接线盒内。该接线盒盖子盖好后还应当用外罩罩住。例如,某110kV、10MVA的主变压器的气体继电器既无接线盒的盖子又无防雨罩 (实际是丢在地面上),以至于下大雨时,气体继电器的触点被接线端子和地之间的雨水漏电阻短接,使跳闸回路接通。当出口继电器两端电压达到其动作电压时,导致变压器两侧的断路器跳闸。显然,在上述条件下,若出口继电器的动作电压过低,就更容易引起跳闸。

(三) 放气操作不当

当气温很高、变压器负荷又大时,或虽然气温不很高,负荷突然增大时,运行值班员应加强巡视,发现油位计油位异常升高 (压力表指示数增大)时,应及时进行放气。放气时,必须是缓慢地打开放气阀,而不要快速大开阀门,以防止因油枕空间压力骤然降低,油箱的油迅速涌向油枕,而导致重瓦斯保护动作,引起跳闸。

(四) 器身排气不充分

有的变压器在大修后投入运行不久就发生重瓦斯保护动作,引起跳闸的现象。这可能是检修后器身排气不充分造成的。当变压器投运后,温度升高时,器身内的气体团突然经气体继电器进入储油柜,随之产生较大的油流冲击造成重瓦斯保护动作。动作后,气体继电器内均有气体,经化验确为空气。这足以说明有的空气由变压器器身流向储油柜。

(五) 安装不当

新装的变压器,轻瓦斯保护动作80%是安装存在问题。例如,某部分出现真空、没有进行真空注油、气体继电器安装不当等,都可能使瓦斯保护动作。例如,某台63MVA、220kV的变压器,其轻瓦斯保护总是动作,经取气和取油分析均无问题,没有可燃性气体,经多次查找动作规律才知道,每当5号潜油泵启动1个月后,轻瓦斯保护就动作,检查5号潜油泵发现,其上面油路放气阀被堵死,因而在上面真空形成负压区。处理后,放气阀畅通,故障排除。

(六) 气体继电器部件设计不合理

例如,某局两个变电所的35/10kV主变压器的重瓦斯保护相继动作、引起跳闸。经现场调查、测试、分析,变压器的主绝缘、油质、电气试验结果均正常,两台主变压器所供10kV配电系统无异常,负荷电流很小 (分别在凌晨4 时左右动作)。通过分析,最后找出主变压器重瓦斯保护动作跳闸的原因是气体继电器 (QJ1)的探针部件设计不合理。图1-52和图1-53分别给出气体继电器内部结构位置示意图和探针部件示意图。

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图1-52　气体继电器内部结构位置示意图

1—瓦斯放气阀;2—探针罩帽;3—法兰;4—轻瓦斯部件;5—探针棒;6—重瓦斯挡板;7—支架

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图1-53　探针部件示意图 (单位:mm)

1—探针金属软管;2—探针棒;3—重瓦斯挡板;4—探针塑料罩帽

根据探针部件尺寸所示,探针塑料罩帽内腔长度应大于37mm,而实际只有35mm;探针棒从气体继电器法兰内平面量得尺寸长为65mm,而从内平面至重瓦斯挡板空间净距为64mm。因此,若将塑料罩帽按常规拧紧,势必造成探针棒已紧紧压住重瓦斯挡板,使重瓦斯挡板位移一个角度 (实物检查该挡板在探针棒顶住处已明显变形),装在挡板上的磁性件接近重瓦斯接点。运行中变压器,受环境温度变化而影响变压器油温变化,一个微小的变压器油容积变化,造成重瓦斯接点闭合。

为改变不合理设计,避免重瓦斯保护动作,应采取的处理方法是:

(1)探针棒适当截短1～2mm (运行中难处理)。

(2)探针塑料罩帽内腔长度加长至38mm以上。

对于目前已投入运行的有关厂生产的气体继电器,只好将其探针塑料罩帽取掉或仅作为遮帽用(不得拧上),然后换用制造厂提供的内腔加长后的探针塑料罩帽。

气囊呼吸器堵塞致重瓦斯保护动作，导致变压器跳闸的原因分析

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