220kV变压器重瓦斯事故分析及预防

唐山钢铁集团有限责任公司的研究人员陈晓云、张伟光，在2018年第1期《电气技术》杂志上撰文指出，瓦斯继电器是变压器主保护的非电量保护装置。本文针对一起220kV主变重瓦斯保护动作引起开关跳闸的事故，进行了全面、深入的事故原因分析和论证。

认为受下级站室开关柜短路事故影响短时间内2次同时启停2台油泵引起变压器油流快速向上涌动，冲击瓦斯继电器挡板，导使主变重瓦斯保护动作跳闸。针对此次事故暴露的问题，采取了对应的防范措施，对变压器的维护、试验和检修等方面提出了建议。

瓦斯保护就是利用反应变压器内部气体状态的瓦斯继电器来保护变压器。瓦斯继电器是为了反映变压器油箱内部的电气故障和油位下降，对于常见的内部故障如匝间和层间短路、绕组内部绝缘下降、铁心故障和油面下降等故障可发出报警信号或跳闸动作信号。

电力变压器运行规程[1]规定“压器运行时气体继电器应有两副接点，彼此间完全电气隔离。一套用于轻瓦斯报警，另一套用于重瓦斯跳闸”。瓦斯保护是电力变压器最重要的主保护之一，分为轻瓦斯和重瓦斯保护两类。

瓦斯继电器是瓦斯保护的主要执行元件，安装于变压器油箱与油枕之间的连接油管上，动作的原因有变压器内部气体浓度增大、油流的冲击、油面的降低。变压器内部发生轻微故障时，轻瓦斯动作，发出报警信号；油箱内部发生严重故障，就会产生大量的气体并伴随着油流冲击下部挡板，当油流速度达到瓦斯继电器动作整定值时，重瓦斯动作，发出跳闸信号，断路器动作跳闸。

1.重瓦斯事故相关情况

2016年8月11日23点57分，电气点检作业区集控站值班人员发现北35kV站3102开关跳闸，23点58分22万站3#主变跳闸，22万站Ⅱ段、Ⅲ段母线停电。经检查确认，北站35kV 3102开关柜内电缆室发生相间短路，22万站3#主变重瓦斯动作跳闸，其他设备无异常。随后，相关人员迅速组织将22万站备用的2#主变投入运行送电后，并通知下级用户恢复送电。

北35kV站3102开关柜电源来自22万站35kV 1#母线，22万站有三台主变开二备一，正常运行1#、3#主变，2#主变备用。22万站3#主变型号PZ10-120MVA/220kV，额定容量120000KVA，额定电压220+8*1.25%/37KV，冷却方式 OFAN/OFAF。气体继电器型号BR80QJ4-25。油泵风扇控制箱型号：XKWFP-21，额定电压380V，风机10台，油泵4台。变压器油泵有两路工作电源，分别来自两台所变。

2.事故原因分析

本次事故点处于22万变压器下级配电室的开关柜，存在线路故障引起变压器后备保护动作[2]的可能性。发生故障后,对故障现象和处理结果，运用正确的理论方法综合分析故障后所有的试验检测数据,找出关键所在,对故障状态和结果进行判断[3]。

北站35kV 3102开关柜内电缆室B相接地刀静触头和C相避雷器间发生相间短路。放电的原理主要是绝缘件或绝缘间隙的绝缘强度低于外加电压造成绝缘及穿[4]。变电站室环境对温度、湿度等因素的管控，未采取有效措施，是导致本次事故的主要管理原因。

对于变压器重瓦斯保护动作，可能的原因[5]有多个方面，对事故原因进行了逐步排查确定。

变压器在正常运行时发生重瓦斯跳闸，首先排除运行人员误操作或检修人员工作时误跳主变以及变压器空载合闸时励磁涌流、变压器负荷急剧增加工况，造成重瓦斯继电器动作。

其次排查变压器的瓦斯继电器接点误动的可能性。通过瓦斯继电器外观检查、解体检查及油流实验，结果正常。排查由于直流绝缘问题，导致变压器非电量保护出口误动作的可能性。对瓦斯保护线路和瓦斯保护装置检测，结果正常；对主变微保装置电源板返厂检验，检验结果正常。对瓦斯继电器试验校对保护整定值1.2m/s，数值正确，传动正常，排除了误动作的可能。

再次，排查变压器内部发生严重的短路故障造成重瓦斯动作的可能性。事故发生后通过检查变压器外部无明显故障。变压器油中气体含量色谱分析方法能有效诊断变压器内部早期存在的潜伏性故障，是检测变压器内部故障的重要方法。

通过变压器油色谱分析，并配合电气试验，排查判断内部有无故障。分别对3#主变油色谱，本体绕组绝缘、直阻、绕组变形进行检测检验和分析，结果正常。证明变压器内部无明显故障。色谱分析数据见表1。

表1 重瓦斯动作后主变色谱试验数据

首先看特征气体的含量。电力设备交接和预防性试验规程规定[6]：运行油中总烃<150µL/L，乙炔<5µL/L，氢气<150µL/L。C2H2、总烃未超过注意值，而H2超标，220KV站3#主变 H2超标（自2013年发现跟踪试验1年未发现明显增长，之后按周期取油样做色谱试验）采取了劣化观察，数据分析的措施，监控该变压器的运行状态。

根据《变压器油中溶解气体分析和判断导则 GB/T 7252-2001》[7]中对产气特征气体的判断，分析认为22万站3#主变H2超标原因为曾经历3次事故冲击导致。

考虑到该主变为强迫油循环风冷冷却方式，文献[8]改进了潜油泵和风机控制系统以降低油流的影响。分析发现主变油泵的两段电源是一主一备方式。现场对3#主变油泵进行了3次启停试验，试验过程中发现2台油泵频繁启动，轻瓦斯均动作，重瓦斯动作2次；四台油泵同时启动时，造成瓦斯继电器轻重瓦斯信号动作。

经各方技术人员分析研究，认为该油泵系统存在两点设计缺陷：

1)油泵的两段电源是一主一备方式。当I段电源停电后，Ⅱ段电源启动投入，但是当I段电源恢复后，Ⅱ段电源会自动切换至I段电源，而不是互为主备电源。

2)四台油泵启动方式为2台一组，每次同时启动同组2台泵，短时间频繁启停，使油流冲击较大，易造成瓦斯继电器轻、重瓦斯动作，致使主变误跳。

经分析，本次停电事故技术原因如下：

1）北站35kV 3102开关柜内发生相间短路，导致北站和滨钢22万站35kV I段母线瞬间低电压，是本次事故的直接原因。

2）22万站3#主变油泵电源一主一备方式，油泵主电源来自所变35kV I段母线，受低电压波动的影响，油泵接触器线圈脱扣跳闸油泵停转，随后油泵自动切换到备用电源启泵，当35kV I段电源恢复后，电源又自动从备用段切换至I段电源。短时间内两次同时启停2台油泵引起变压器油流快速向上涌动，冲击瓦斯继电器挡板，导使3#主变重瓦斯保护动作跳闸，是本次事故扩大的原因。

3.采取的防范措施

针对分析的22万站3#主变重瓦斯动作的原因，制定对应的防范措施：

1) 电气设备绝缘问题是事故突发的主要原因之一，应注意检测电气设备运行的环境温度、环境湿度、运行温度和设备清洁度，开关柜应设置加热器功能、空调除湿功能和母线热缩措施。加强变配电室环境管理，采取有效措施检测电气设备使用环境温度、环境湿度、运行温度和设备清洁度，确保电气设备安全运行。

2）对22万站3#主变油泵两段电源互投方式进行改造，避免受低电压影响频繁动作。改造后新风冷控制箱双路低压电源自投不自复，正常2#电源作为主电源，1#电源作备用，保证低压运行电源与高压一致性，定期点检是否一致。如发生互投情况，监控系统报警，应人为恢复到主电源。

3）制定22万站3#主变油泵逐台启动方案。将4台油泵改为单台顺序启动，间隔时间30秒钟，避免多台油泵同时启动造成油流超限。4台油泵每台都可以单独控制起停，正常启动1#、3#，备2#、4#，特殊情况可以根据变压器油温高低灵活增加或减少启动台数。

在此次重瓦斯动作事故后，为稳定运行、事故防范，需对3#主变进行检修。鉴于22万站3#主变一直存在氢气超标现象，制定3#主变主要检修内容：将变压器油抽到外部油罐，真空过滤24小时，取油样化验合格（氢气1.52μL/L,标准<150μL/L）；变压器渗漏处更换密封；检查低压侧引线处无过热现象，紧固连接螺栓；更换3个温度计；更换风冷控制箱并调试合格；变压器注油到正常油位，取油样化验合格（氢气6.85μL/L,标准<150μL/L）。

22万站3#主变于2017年4月27日检修完成并通过现场验收。按计划于6月10日投运3#主变，退出2#主变做预试。投运前取油样色谱试验数据见表2。

表2 主变检修完成投运前色谱试验数据

要求3#变投运后一年内取油样化验分析，前3个月每月一次，后每季度一次，根据试验结果进一步分析判断主变运行状况。

4.结语

变压器重瓦斯继电器动作跳闸，不一定就是由变压器内部故障引起的，也不能盲目判定是瓦斯继电器本身或外部接线问题引起的误动作。要具体问题具体分析，找出真正的原因，采取相应的改进措施。对于强油循环的变压器，油泵的启停控制要制定操作规程，油泵电源要保证低压运行电源与高压的一致性。