電氣論文：變壓器瓦斯保護動作成因及處理對策

變壓器瓦斯保護動作成因及處理對策

[摘要] 本文以首鋼熱電站1#主變兩次輕瓦斯保護動作為引子，闡述了引起變壓器瓦斯保護動作的各種原因，並提出處理對策。

[關鍵詞] 變壓器 瓦斯故障 成因 處理對策

1、引言

瓦斯保護是油浸式變壓器內部故障的一種基本保護，輕、重瓦斯保護動作也是變壓器運行中的常見故障。2005年9月2日和2006年2月1日，首鋼熱電站1#主變（型號：SFS7-63000/110）輕瓦斯保護各動作一次，且有少量氣體逸出，引起專業人員的注意。瓦斯保護動作預示著變壓器內部可能發生故障，因此，瞭解瓦斯故障的成因，對於提高職工的綜合判斷能力以及掌握處理方法，從而保證電氣設備的安全運行有著極其重要的意義。

2、兩次變壓器瓦斯保護動作經過：

2.1、2005年9月2日8：32，熱電1#主變輕瓦斯故障報警，值班工到現場放氣後信號復歸正常，但放氣時發現有少量無色無味氣體逸出，彙報專業人員後於2005年9月5日採集油樣送檢。色譜分析顯示一氧化碳（CO）含量超標。

2.2、2006年2月1日，9：28，熱電1#主變輕瓦斯故障報警，值班工檢查變壓器無異常後進行放氣時發現有少量無色無味氣體逸出，但放氣後信號復歸正常。17：20，1#主變輕瓦斯保護又動作一次，處理方法同上。彙報專業人員後於2月5日採集油樣送檢。色譜分析顯示總烴超標。2月7日，為確保1#主變的安全，廠決定將1#主變所帶負荷減輕180A。（441開關由1#35kV母線倒至6#35kV母線運行）。

3、瓦斯保護動作原因

筆者結合多年實踐將瓦斯保護動作原因歸類如下：

3.1、變壓器內部故障

當變壓器內部出現匝間短路、絕緣損壞、接觸不良、鐵芯多點接地等故障時，都將產生大量的熱能，使油分解出可燃性氣體，向油枕（儲油櫃）方向流動。當流速超過氣體繼電器的動作值時，氣體繼電器的檔板受到衝擊，使斷路器跳閘，從而避免事故擴大，這種情況通常稱之為重瓦斯保護動作。當氣體沿油麵上升，聚集在氣體繼電器內超過30ml時，也可以使氣體繼電器的信號接點接通，發出警報，通常稱之為輕瓦斯保護動作。瓦斯保護動作後，應及時採集油樣進行色譜分析。

根據《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》（GB/T 7252-2001）中關於故障辨析方法見表二:

表二：色譜分析中油中氣體成分與所對應故障

3.1.1、色譜分析中各種氣體分析

《導則》中還規定：如果色譜分析顯示其中的一項或多項氣體濃度超過注意值，還應注意氣體的增長情況，即產氣速率。產氣速率有兩種：絕對產氣速率和相對產氣速率，對於相對產氣速率，在氣體濃度很小時易誤判斷，不宜採用。

（1）、絕對產生速率為：

0.25ml/h(開放式)， 0.50ml/h(隔膜式) 。

（2）、相對產氣速率為：10%/月 。

（3）、氫的產氣率難以確定，是因為氫的溶解度小，受外界因素影響大，加之目前使用的不少色譜儀對氫的分析條件也不好，因此導致測試結果的分散性大。

（4）、乙炔的含量及注意值:

乙炔是放電性故障的特徵氣體，正常運行的變壓器，油中不應產生乙炔，因此普遍認為，當發現乙炔從無(儀器檢測不到)到有時，就應引起重視，進行跟蹤和查找原因。至於在乙炔更小或沒有的情況下就發生了事故的事也有實例，色譜監視對此也就無能為力了。

對於乙炔的產氣速率注意值《導則》中沒有，也很難確定，雖然在總烴的產氣速率中包括乙炔，但一般說來在故障的發展階段，無論是放電還是過熱性故障，乙炔的增長對總烴值的影響很小，其數值遠達不到總烴產氣率的注意值，所以得出"觀察產氣速率主要是對過熱性故障有用"的看法。確定乙炔產氣速率的困難在於不確定性：有時乙炔值很小，並未發現明顯增長，但突然發生了擊穿事故；而有些故障可以觀察到乙炔的增長過程，產氣速率也很大，由於其放電部位和性質不致造成變壓器的突發事故，經反覆試驗及檢查後得到了處理，乙炔增長情況也隨之消失。由此看出，對判斷故障的嚴重性和處理的緊迫性而言，並不完全取決於含量的大小，特別是對於高電壓大容量變壓器，在剛出現乙炔時，更應加倍重視。計算乙炔的產氣速率，是在於瞭解放電能量的大小及變化，便於掌握故障發展速度和分析可能產生放電的部位。

油中故障氣體是造成油浸式大型變壓器故障之主要因素。高溫運轉會加速變壓器的老化，促使一氧化碳及二氧化碳的產生。老化過程中所產生的一氧化碳反映出內部絕緣材質老化的速率和變壓器壽命縮減的程度。

發熱的金屬會產生各種不同的故障，如導體中的電流密度過高, 或因漏磁現象使變壓器產生感應電流；這些因素會產生CH4, H2, C2H4 及 C2H6等故障氣體。部分放電會產生H2以及少量的CH4和C2H2。電弧現象則會產生H2和C2H2; 這時C2H2會大量增加。《導則》中色譜分析中異常氣體的類型與事故實例見表三：

表三：色譜分析中異常氣體的類型與事故實例

3.1.2、熱電1#主變輕瓦斯故障原因

通過對熱電1#主變兩次油樣色譜分析可以判斷：1#主變第一次瓦斯故障是因為過負荷造成（色譜分析顯示一氧化碳（CO）含量超標）；第二次瓦斯故障是因為分接開關接觸不良造成局部放電。1#主變兩次油樣色譜分析報告見表四。

表四：熱電1#主變兩次油樣色譜分析報告

造成放電性故障的原因有：處於電場集中處的局部放電，某些該接地而未接地的金屬部件上的懸浮電位放電；變壓器受潮等原因引起圍屏或撐條上正在發展中的樹枝狀放電，以及油流靜電放電等。

3.2、變壓器附屬設備異常

3.2.1、呼吸系統不暢通

變壓器的呼吸系統包括氣囊呼吸器，防爆筒呼吸器等。有關資料表明，呼吸系統不暢或堵塞會造成輕、重瓦斯保護動作，並大多伴有噴油或跑油現象。例如，供電車間某站所的110kV、50MVA變壓器，投運半年後，輕、重瓦斯保護動作，且壓力閥噴油。但色譜分析正常，經檢查，輕、重瓦斯保護動作的原因為變壓器氣囊呼吸堵塞。又如供電車間某總降110kV、31.5MVA主變壓器，在氣溫為33～35℃下運行，上層油溫為75～80℃。在系統無任何衝擊的情況下，突然重瓦斯保護動作跳閘，經試驗和檢查，證明是呼吸器堵塞。由於它在高溫下突然造成油流衝擊，導致重瓦斯保護動作。

3.2.2、冷卻系統漏氣

當冷卻系統密封不嚴進入了空氣，或新投入運行的變壓器未經真空脫氣時，都會引起氣體繼電器的動作。

3.2.3、冷卻器入口閥門關閉

冷卻器入口閥門關閉造成堵塞也會引起氣體繼電器頻繁動作。例如，供電車間某110kV、63MVA變壓器大修後，投運一段時間，氣體繼電器突然動作，但色譜分析正常，經檢查發現冷卻器入口閥門堵塞，相當於潛油泵向變壓器注入空氣，造成氣體繼電器頻繁動作。

3.2.4、散熱器上部進油閥門關閉

散熱器上部進油閥門關閉，也會引起氣體繼電器的頻繁動作。例如，供電車間某110kV、63MVA變壓器投產衝擊送電時，冷卻系統投入則發生重瓦斯保護動作引起跳閘。其原因是因為變壓器第4號散熱器上部進油蝶閥被誤關閉，而下部出油蝶閥處於正常打開位置，當裝於該處的潛油泵通電後，迅速將散熱器內的油排入本體，散熱器內呈真空狀態，本體油量增加時，油便以很快的速度經氣體繼電器及管路流向油枕，在高速油流衝擊下，氣體繼電器動作導致跳閘。

3.2.5、潛油泵有缺陷

潛油泵缺陷對油中氣體有很大影響，其一是潛油泵本身燒損，使本體油熱分解，產生大量可燃性氣體。例如供電車間某110kV、63MVA變壓器，由於潛油泵嚴重磨損，在一週內使油中總烴由786ppm增到1491ppm。其二是當窺視玻璃破裂時，由於軸尖處油流急速而造成負壓，可以帶入大量空氣。即使玻璃未破裂，也有由於濾網堵塞形成負壓空間使油脫出氣泡，其結果是使氣體繼電器動作，這種情況比較常見。

3.2.6、變壓器進氣

運行經驗表明，輕瓦斯保護動作絕大多數是由於變壓器進入空氣所致。造成進氣的原因較多，主要有：密封墊老化和破損、法蘭結合面變形、油循環系統進氣、潛油泵濾網堵塞、焊接處砂眼進氣等。例如2002年1-3月份，供電某臺主變（110kV、63MVA）輕瓦斯保護頻繁動作，氣樣表明，油中溶解氣體的理論值與實測值近似相等，且故障氣體各組分含量較小，故該變壓器內部沒有故障。經過反覆檢查，最後確定輕瓦斯保護動作是由於油循環系統密封不良進氣造成的。

3.2.7、變壓器內出現負壓區

變壓器在運行中有的部位的閥門可能被誤關閉，如：①油枕下部與油箱連通管上的蝶閥或氣體繼電器與油枕連通管之間的蝶閥；②安裝時，油枕上蓋關得很緊而吸溼器下端的密封圈又未取下等。由於上述閥門被誤關閉，當氣溫下降時，變壓器本體內油的體積縮小，進而缺油又不能及時補充過來，致使油箱頂部或氣體繼電器內出現負壓區，有時在氣體繼電器中還會形成油氣上下浮動。油中逸出的氣體向負壓區流動，最終導致氣體繼電器動作。例如，2003年4月，白廟220kV站的1#主變，由於在短路事故後關閉了油枕下部與油箱連通管上的閥門，投運後又未打開，使變壓器主體內"缺油集氣"，造成輕瓦斯保護頻繁動作。又如2002年供電車間某總降的35kV、31.5kVA主變壓器在兩次大雨中均發生重瓦斯保護動作，就是因為夜間突降大雨，使變壓器急劇冷卻，內部油位也隨之下降，由於蝶閥關閉，油枕內的油不能隨油位一同下降，在氣體繼電器內形成了一個無油的負壓區，使溶解在油中的氣體逸出並充滿了氣體繼電器，造成氣體繼電器的下浮桶下沉，引起重瓦斯保護動作。

3.2.8、油枕油室中有氣體

大型變壓器通常裝有膠囊隔膜式油枕，膠囊將油枕分為氣室和油室兩部分。若油室中有氣體，當運行時油麵升高就會產生假油麵，嚴重時會從呼吸器噴油或防爆膜破裂。此時變壓器油箱內的壓力經呼吸器法蘭突然釋放，在氣體繼電器管路產生油流，同時套管升高座等死區的氣體被壓縮而積累的能量也突然釋放，使油流的速度加快，導致瓦斯保護動作。

3.2.9、淨油器的氣體進入變壓器

在檢修後安裝淨油器時，由於排氣不徹底，淨油器入口膠墊密封不好等原因，使空氣進入變壓器，導致輕瓦斯保護動作。

另外，停用淨油器時也可能引起輕瓦斯保護動作。例如，供電某110kV、31.5MVA的主變壓器，因其淨油器滲漏而停用時，由於淨油器上下蝶閥沒有關死，如圖1所示，變壓器本體的油仍可以滲到淨油器中，並迫使淨油器中的空氣進入本體。集中在氣體繼電器中造成主變壓器發生輕瓦斯保護動作。

圖1：淨油器示意圖

3.2.10、氣溫驟降

對開放式的變壓器，其油中總氣量約為10％左右，大多數分解氣體在油中的溶解度是隨溫度的升高而降低的。但空氣卻不同，當溫度升高時，它在油中的溶解度是增加的。因此，對於空氣飽和的油，如果溫度降低，將會有空氣釋放出來。即使油未飽和，但當負荷或環境溫度驟然降低時，油的體積收縮，油麵壓力來不及通過呼吸器與大氣平衡而降低，油中溶解的空氣也會釋放出來。所以，運行正常的變壓器，壓力和溫度下降時，有時空氣過飽和而逸出，嚴重時甚至引起瓦斯保護動作。例如，供電某35kV、31.5kVA的變壓器，在氣體繼電器與油枕連通管之間蝶閥關閉的情況下，就發生過兩次因氣溫驟降，引起重瓦斯保護動作的現象。

3.2.11、忽視氣體繼電器防雨

氣體繼電器的接線端子有的採用圓柱型瓷套管絕緣。固定在繼電器頂蓋上的接線盒裡，避免下雨將油枕上的雨水滴進接線盒內。該接線盒蓋子蓋好後還應當用外罩罩住。例如：2002年4月15日，熱電原2#主變（SFS7－63000/110）的氣體繼電器既無接線盒的蓋子又無防雨罩（實際是丟在地面上），當下大雨時，氣體繼電器的觸點被接線端子和地之間的雨水漏電阻短接，使跳閘迴路接通。當出口繼電器兩端電壓達到其動作電壓時，導致變壓器跳閘。顯然，在上述條件下，若出口繼電器的動作電壓過低，就更容易引起跳閘。

3.3、放氣操作不當

當氣溫很高、變壓器負荷又大時，或雖然氣溫不很高，負荷突然增大時，運行值班員應加強巡視，發現油位異常升高（壓力錶指示數增大）時，應及時進行放氣。放氣時，必須是緩慢地打開放氣閥，而不要快速打開閥門，以防止因油枕內空氣壓力驟然降低，油箱的油迅速湧向油枕，而導致重瓦斯保護動作，引起跳閘。

3.4、器身排氣不充分

有的變壓器在大修後投入運行不久就發生重瓦斯保護動作引起跳閘的現象。這可能是檢修後器身排氣不充分造成的。當變壓器投運後，溫度升高時，器身內的氣體團突然經氣體繼電器進入儲油櫃，隨之產生較大的油流衝擊造成重瓦斯保護動作。動作後，氣體繼電器內均有氣體，經化驗確為空氣。這足以說明有的空氣由變壓器器身流向儲油櫃。

3.5、安裝不當

新裝的變壓器，輕瓦斯保護動作有的是因安裝存在問題。例如，某部分出現真空、沒有進行真空注油、氣體繼電器安裝不當等，都可能使瓦斯保護動作。例如，某臺63MVA、110kV的變壓器。其輕瓦斯保護總是動作，經取氣和取油分析均無問題，沒有可燃性氣體，經多次查找動作規律才知道，每當5號潛油泵啟動1個月後，輕瓦斯保護就動作，檢查5號潛油泵發現，其上面油路放氣閥被堵死，因而在上面真空形成負壓區。處理後，放氣閥暢通，故障排除。

3.6、變壓器二次迴路有故障

檢查變壓器無任何異常，瓦斯繼電器內充滿油無氣體，說明屬於誤動作。可能是二次迴路問題，也可能是瓦斯繼電器本身問題，還可能是受振動過大或外部有穿越性短路。這時應檢查瓦斯繼電器內部及接點位置、直流系統絕緣情況及瓦斯信號掉牌是否能復歸。如果檢查瓦斯繼電器接點在打開位置，瓦斯信號掉牌不能復歸，是直流系統絕緣不良，可能屬於直流多點接地造成的誤動；瓦斯繼電器接點在打開位置，瓦斯信號掉牌不能復歸，直流系統絕緣正常，可能屬二次迴路短路引起的誤動，應查明短路點並排除；瓦斯繼電器接點在打開位置，瓦斯信號掉牌能復歸，檢查直流系統絕緣良好，可能屬振動過大等而引起的輕瓦斯誤動，查明故障點原因並排除。如果檢查瓦斯繼電器在閉合位置，瓦斯信號掉牌不能復歸，檢查直流系統絕緣又良好，可能屬瓦斯繼電器本身問題(如浮子進油等故障),這種情況,應停電處理。

4、處理對策

變壓器瓦斯保護動作後首先判斷是由變壓器內部故障還是附屬設備故障引起的，以便對不同的故障採取不同的方法。對變壓器內部故障及其他原因的處理方法在此不再贅述。對於附屬設備故障可分情況按以下幾種情況處理。

4.1、嚴格密封防止進氣。嚴格密封可以避免由於進氣引起的瓦斯保護動作。為檢查變壓器密封不良，在檢修後應對變壓器進行檢漏試驗。變壓器投入運行前，要注意排除內部空氣，如套管法蘭、高壓套管升高座、油管路中死區、冷卻器頂部等處的殘留空氣。投入運行前應儘早啟動油泵，藉助油循環將殘留空氣排出。注油就採用真空注油方法。油泵大修時，重點檢查後端窺視孔、引線盒的密封，油管路中各排氣孔及負壓區的密封是否完好。

4.2、避免誤關閥門並保證呼吸系統暢通，防止堵塞。如上所述，堵塞主要有兩種情況，一是誤關閉閥門。對此，只要運行人員重視，投運前，對每個閥門進行認真檢查，就容易解決；二是呼吸系統堵塞。解決方法是檢修後注油一定要將儲油櫃充滿，充油過程中，打開儲油櫃頂部排氣孔和手孔，邊排氣邊按動膠囊，讓膠囊完全展開，排除儲油櫃中的全部空氣。變壓器經各部排氣後，儲油櫃的油麵還會下降，必須再進行補充注油，直到把儲油櫃充滿，確認變壓器內無氣體後，方可把油排到正常油位。

應當指出，為保證呼吸通暢，吸溼器硅膠顆粒不宜太細，其粒度必須保證在5～7mm以上，當硅膠浸油後，應即刻更換或進行乾燥處理。另外，油封碗內著裝油，則應確實保證油封碗內油麵不超過2～3mm，其呼吸力不大於0．05MPa。

4.3、加強技術管理和維護，克服重大輕小、重主輕輔的傾向，充分認識附屬（輔助）設備與主變壓器的可靠運行息息相關。避免諸如端子箱和氣體繼電器端子因漏雨或清洗不當造成的接點短路，導致瓦斯保護動作，引起跳閘。

5、結束語

熱電1#主變經色譜分析判斷為變壓器內部故障，且運行時間超過20年，電力廠在2006年5-6月份的1#機增容改造中將1#主變更換為SFSQ10-75000/110（西變）新品變壓器。

上述可見，引起變壓器瓦斯保護動作的原因很多，但筆者十多年的經驗表明：油中含有空氣的情況是最為常見的。處理變壓器瓦斯信號故障，除了判定確屬誤動作的情況外，只要檢查瓦斯繼電器內有氣體，不論可否點燃，都要取氣並取油樣化驗分析（由專業人員進行）。經色譜分析得出的結論才是準確的。如果化驗無問題，則需要對變壓器附屬設備、二次迴路進行仔細的檢查，不斷總結，方能找到瓦斯動作的真正原因。

參考文獻：

1、《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》（GB/T 7252-2001），中華人民共和國水利電力部

2、李巍、盧玉東：《變壓器輕瓦斯保護動作後的處理》，中國電力出版社，2003.5

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