一次主变瓦斯保护误动的原因及预防措施
2017第四届轨道交通供电系统技术大会
会议由中国电工技术学会主办，将于2017年11月28日在北京铁道大厦召开，研讨电工科技最新研究成果对轨道交通供电领域所带来的革新影响和应用前景，推进协同创新。浏览会议详情和在线报名参会请长按识别二维码。
中国长江电力股份有限公司的研究人员曹铁山、董德、曾勇、杨荣，在2017年第7期《电气技术》杂志上撰文指出，瓦斯保护是油浸式变压器的主保护之一，它的正确动作对变压器的运行至关重要。本文通过对一次变压器重瓦斯保护动作事故的分析，找到事故原因，并提出了预防瓦斯继电器误动的相应措施。
变压器作为发电厂的主要设备，在电能的传输中起着至关重要的作用，它的健康与否直接决定着发电厂能否安全稳定的运行。瓦斯保护和差动保护是变压器设备故障的两个主保护，差动保护对保护范围内主变油箱的内部、外部故障均有反应，而瓦斯保护主要反应变压器油箱内部故障。
瓦斯保护分为轻瓦斯保护和重瓦斯保护，轻瓦斯保护动作于发信，重瓦斯保护动作于跳闸。瓦斯保护对变压器的内部故障均有反应，如变压器绕组匝间短路、绕组断线以及铁芯故障、套管内部故障等，还能反应变压器油质及油位变化情况。瓦斯继电器具有结构简单、动作迅速灵敏的特点。
瓦斯保护还可以反应一些主变差动保护不能反应的变压器内部故障，如铁芯过热、油位降低等，是对主变差动保护的重要补充，是变压器的主保护之一[1][2]。
1瓦斯继电器工作原理及结构
瓦斯继电器是变压器瓦斯保护的主要元件，它通过监视变压器内部气体的变化情况，来达到保护变压器的目的。变压器瓦斯保护和差动保护均可对变压器油箱内部各种匝间短路、相间短路以及分接开关接触不良等故障进行保护。瓦斯保护还能反应变压器内部油位变化、铁芯过热等情况，但差动保护对此无反应。
此外，当变压器绕组发生少数线匝的匝间短路，虽然短路匝内短路电流很大，并且会造成局部绕组严重过热产生强烈的油气流向油枕方向冲击，但因表现在相电流上的变化并不大，所以差动保护可能没有反应，但瓦斯保护对此能灵敏地加以反应。所以变压器瓦斯保护是对差动保护的重要补充，并且不可替代。
某电厂发变组变压器使用的瓦斯继电器是EMB公司生产的TYPE-BF80/10/8型法兰盘连接双浮子瓦斯继电器。在正常工作状态时，瓦斯继电器内部充满绝缘油，上浮子1和下浮子1a利用自身浮力漂浮于顶部终端位置。
当变压器油箱内部发生故障时，故障点温度上升，导致故障点周围的油温随之上升，继而导致溶解于油内的空气变少，多余的空气会被挤出，同时若有局部放电或者电弧现象发生，会将绝缘油电离分解，产生瓦斯气体。
当故障比较轻微时，故障产生的气体比较少，形成的气泡较小，这些气泡最终汇集在瓦斯继电器拱顶位置，迫使继电器内部的油位缓慢下降，导致漂浮于油面的上浮子1也随之下降，到达设定值后，磁触点式干簧管3接点闭合，接通报警回路。
当变压器油箱内部发生严重故障时，会在短时间内产生大量气体，形成快速而猛烈的上升气流，变压器油箱内部的气压、油压产生巨变，同时产生的强大油流会冲击瓦斯继电器的挡板6，带动磁铁向干簧触点方向移动，使触点闭合，接通跳闸回路。
图1 BF80/10/8型双浮子瓦斯继电器开关装置
2事故分析及处理
2014年9月29日，某电厂6FB(6号发变组)在正常运行时监控系统报：“6FB主变重瓦斯跳闸动作”、“6FB发变组保护C柜装置异常”、“6FB发变组非电量事故停机C套动作”。6FB机组出口开关跳闸，甩负荷700MW,机组二类机械事故停机流程启动。
维护人员迅速赶往现场进行故障排查，现场检查6FB发变组电气量保护A盘和B盘无任何信号，非电量保护C盘重瓦斯保护开入信号灯点亮，且无法复归。断开非电量保护开入电源后，对重瓦斯开入外回路进行阻值测量，测量结果为1.3kΩ；检查机组故障录波波形，显示在保护动作前变压器电气量无异常；到变压器本体对瓦斯继电器重瓦斯接点进行阻值测量，测量结果同样为1.3kΩ。
同时对变压器本体进行检查，确认变压器电气一次设备无异常。确认重瓦斯继电器接点绝缘异常，立即更换故障瓦斯继电器。更换完毕，现场模拟重瓦斯信号试验结果正常，测量保护用重瓦斯接点和监控用重瓦斯接点绝缘均大于200MΩ，重瓦斯保护功能正常。
事后对故障瓦斯继电器解体检查，发现瓦斯继电器干簧管固定接点两极的玻璃管根部有发黑痕迹，接点触头处于断开状态下极间绝缘仍然较低。检查还发现干簧管出现裂纹使本应该真空环境的干簧管内部充满了油，由于在干簧管制造时在玻璃管根部需要对接点两极进行固定和密封、以及焊接外引线等工作，因此分析可能是在制造环节中存在瑕疵，在正常投运后逐步发展至两极绝缘下降。
通过对故障瓦斯继电器的解体检查分析，确认本次跳闸事故的直接原因是由于重瓦斯保护用的瓦斯继电器干簧管接点间绝缘降低，从而导致重瓦斯保护误动出口。
图2 故障瓦斯继电器外观
图3 发黑的玻璃管根部
3预防措施
瓦斯继电器动作情况按动作后果分为:重瓦斯保护动作跳闸和轻瓦斯保护发信。重瓦斯保护误动作的影响和损失都比较大，是我们特别应该控制和预防的。变压器轻瓦斯故障长期发展下去也可能发展为重瓦斯故障，最终导致重瓦斯保护动作跳闸。
所以在发现轻瓦斯发出报警信号后，运行及维护人员需及时采取措施，立即对变压器进行检查，分析动作原因，若瓦斯继电器内的气体为无色、无臭且不可燃，色谱分析判断为空气，则变压器可继续运行，并及时消除进气缺陷，若气体是可燃或油中溶解气体分析结果异常时，应综合判断确定变压器是否停运。防止变压器故障持续发展，控制事态的发展。
引起瓦斯保护误动的原因是多方面的，所以从设计制造到日常运行、维护等各个环节，都必须采取相应的针对措施，进行全流程、全方位的针对性的防护措施，以达到杜绝瓦斯保护误动的目的:
①瓦斯继电器校验时，对于支架长度应根据实际情况予以调节，瓦斯继电器双接点结构中，需对干簧管接点引线根据实际情况给予调整。并对二次电缆进行检查，保证瓦斯保护二次回路电缆绝缘正常，并做好相关记录。
②制定瓦斯继电器检查、更换时间表，并定期对瓦斯继电器外观进行检查。干簧管的外观应完好无损，采用双螺丝固定，并采取一定的缓冲措施；此外，在进行设备选择时，一定要选择质量上乘、接点镀银的干簧管，有条件的最好选择引线焊接点热塑包封结构。
③变压器在新装、大修、事故检修或换油完毕初次投入运行，为避免瓦斯保护误动，施加电压前应先静止，静止时间应严格遵守国家相关规定。充电前投入重瓦斯保护，充电无异常后退出重瓦斯保护，运行后24小时后，检查瓦斯继电器内无气体后方能将投入重瓦斯保护。
④当变压器在线监测系统监测到瓦斯气体含量持续上升时，要及时采油样化验，分析可能原因，有必要的情况下还可以联系厂家技术人员共同分析，运行人员还应加强对瓦斯气体含量的记录，做好对比，防止事故发生。
⑤对于室外式主变，瓦斯继电器一定要安装防护罩，并且要牢固可靠；电源及二次回路、接线端子应密封良好，还要采取相应的防风、防雨、防冻的措施，并定期检查，作好记录。
⑥定期对主变油质进行检验，并做好记录，持续观测油质变化情况。
⑦严格落实反事故技术措施，确保继电器接线、安装等均符合二十五项反措要求（各项具体要求见《防止电力生产重大事故的二十五项重点要求实施细则》第15条防止大型变压器损坏和互感器爆炸事故）[4]。
4结论
瓦斯保护是油浸式变压器的主保护之一，为变压器的安全运行提供可靠保证。在日常工作中，运行及维护人员应加强技术学习，熟悉瓦斯保护的结构及动作原理，以及可能引起瓦斯保护动作的各种原因。
这不仅可以提高运行维护人员的业务能力，在瓦斯保护动作后，还可以根据相应的故障现象，及时分析判断事故原因，并采取相应措施，为电力系统的安全稳定运行保驾护航。