变压器的保护原理

一．瓦斯保护的定义

       瓦斯保护是变压器内部故障的主保护，对变压器匝间和层间短路、铁芯故障、套管内部故障、绕组内部断线及绝缘劣化和油面下降等故障均能灵敏动作。当油浸式变压器的内部发生故障时，由于电弧将使绝缘材料分解并产生大量的气体，从油箱向油枕流动，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同，反应这种气流与油流而动作的保护称为瓦斯保护，也叫气体保护。

规程规定：对于容量为800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器，应装设瓦斯保护。

二．瓦斯保护的分类

       瓦斯保护一般分为轻瓦斯和重瓦斯两类。

       1.轻瓦斯：变压器内部过热,或局部放电,使变压器油油温上升，产生一定的气体,汇集于继电器内,达到了一定量后触动继电器，发出信号。

       2.重瓦斯：变压器内发生严重短路后，将对变压器油产生冲击，使一定油流冲向继电器的档板,动作于跳闸。

三．瓦斯继电器的结构及动作原理

       瓦斯继电器有浮筒式、档板式、开口杯式等不同型号。目前大多采用QJ-80型继电器（其结构如图1所示），其信号回路接上开口杯，跳闸回路接下档板。

图1 FJ3-80型复合式瓦斯继电器的结构

1:上开口杯；2:下开口杯；3:干挤触点；4:平衡锤；5:放气阀；6:探针；7:支架；8:挡板；9:进油挡板；10:永久磁铁

       瓦斯继电器的上、下方各有一个带干簧接点的开口杯，即上开口杯和下开口杯。正常时，上开口杯1、下开口2杯都浸在油内，由于开口杯及附件在油内的重力所产生的力矩比平衡锤4所产生的力矩小，因此开口杯都处于上升位置，干簧触点3是断开的。当油箱内发生轻微故障时，产生的少量气体（称轻瓦斯）聚集在继电器的上部，迫使油面下降，上开口杯1露出油面。这时，上开口杯及附件在空气中的重力加上杯内的油重所产生的力矩大于平衡锤所产生的力矩。因此上开口杯1沿顺时针方向转动，并带动永久磁铁10靠近干簧触点3，干簧触点依靠磁力作用而闭合，发出轻瓦斯的预告信号。当油箱内发生严重故障时，产生大量气体（称重瓦斯），形成油气流，沿连接管冲向油枕。瓦斯继电器的挡板8在油流的冲击下，带动下开口杯2沿顺时针方向转动，使下部干簧触点闭合，发出重瓦斯报警信号，并作用于断路器跳闸。在有人值班的场所，不需要因油面严重下降而跳闸，可将下开口杯2底部的螺丝拧掉，使重瓦斯不动作，只使轻瓦斯作用于信号。

绝缘油浮力

       注：瓦斯继电器的整定：1.轻瓦斯按气体容积进行整定，整定范围为250-300cm3，一般整定在250cm3。2.重瓦斯按油流速度进行整定，整定范围为0.6-1.5m/s，一般整定在1m/s左右。

四．瓦斯保护的工作原理

       当变压器内部发生轻微故障时，有轻瓦斯产生，瓦斯继电器KG的上触点（l一2）闭合，作用于预告信号；当发生严重故障时，重瓦斯冲出，瓦斯继电器的下触点（3一4)闭合，经中间继电器KC作用于信号继电器KS，发出报警信号，同时断路器跳闸。瓦斯继电器的下触点闭合，也可以利用切换片XB切换位置，只给出报警信号。为了消除浮筒式瓦斯继电器的下触点在发生重瓦斯时可能有跳动（接触不稳定）现象，中间继电器有自保触点。只要瓦斯继电器的下触点一闭合，KC就动作并自保。当断路器跳闸后，断路器的辅助触点断开自保回路，使KC恢复起始位置。如图2所示

图2瓦斯继电保护原理电路图

五．瓦斯保护的保护范围

       瓦斯保护是变压器的主要保护，它可以反映油箱内的一切故障。包括：油箱内的多相短路、绕组匝间短路、绕组与铁芯或与外壳间的短路、铁芯故障、油面下降或漏油、分接开关接触不良或导线焊接不良等。瓦斯保护动作迅速、灵敏可靠而且结构简单。但是它不能反映油箱外部电路（如引出线上）的故障，所以不能作为保护变压器内部故障的唯一保护装置。另外，瓦斯保护也易在一些外界因素（如地震）的干扰下误动作。

       变压器有载调压开关的瓦斯继电器与主变的瓦斯继电器作用相同、安装位置不同，型号不同。

六．运行

       变压器在正常运行时，瓦斯继电器工作无任何异常。关于瓦斯继电器的运行状态，规程中对其有如下规定：

       1 变压器运行时瓦斯保护应接于信号和跳闸，有载分接开关的瓦斯保护接于跳闸；

       2 变压器在运行中进行如下工作时应将重瓦斯保护改接信号：

       2.1 用一台断路器控制两台变压器时，当其中一台转入备用，则应将备用变压器重瓦斯改接信号；

       2.2 滤油、补油、换潜油泵或更换净油器的吸附剂和开闭瓦斯继电器连接管上的阀门时；

       2.3 在瓦斯保护及其二次回路上进行工作时；

       2.4 除采油样和在瓦斯继电器上部的放气阀放气处，在其他所有地方打开放气、放油和进油阀门时；

       2.5 当油位计的油面异常升高或吸吸系统有异常现象，需要打开放气或放油阀门时；

       3 在地震预告期间，应根据变压器的具体情况和气体继电器的抗震性能确定重瓦斯保护的运行方式。地震引起重瓦斯保护动作停运的变压器，在投运前应对变压器及瓦斯保护进行检查试验，确认无异常后，方可投入。

七．动作原因及动作处理

       1.轻瓦斯动作的原因:a 因滤油、加油或冷却系统不严密以至空气进入变压器；b 因温度下降或漏油致使油面低于气体继电器轻瓦斯浮筒以下；c 变压器故障产生少量气体；d 变压器发生穿越性短路故障。在穿越性故障电流作用下，油隙间的油流速度加快，当油隙内和绕组外侧产生的压力差变化大时，气体继电器就可能误动作。穿越性故障电流使绕组动作发热，当故障电流倍数很大时，绕组温度上升很快，使油的体积膨胀，造成气体继电器误动作；e 气体继电器或二次回路故障。

以上所述因素均可能引起瓦斯保护信号动作。

       2.变压器瓦斯保护装置动作后，应马上对其进行认真检查、仔细分析、正确判定，立即采取处理措施。

       2.1 瓦斯保护信号动作时，立即对变压器进行检查，查明动作原因，上否因积聚空气、油面降低、二次回路故障或上变压器内部邦联造成的。如气体继电器内有气休，则应记录气体量，观察气体的颜色及试验上否可燃，并取气样及油样做色谱分析，可根据的关规程和导则判定变压器的故障性质。色谱分析是指对对收集到的气体用色谱仪对其所含的氢气、氧气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等气体进行定性和定量分析，根据所含组分名称和含量准确判定邦联性质，发展趋势、和严重程度。

若气体继电器内的气体无色、无臭且不可燃，色谱分析判定为空气，则变压器可继续运行，并及时消除进气缺陷。

若气体继电器内的气体可燃且油中溶解气体色谱分析结果异常，则应综合判定确定变压器是否停运。

       2.2 瓦斯继电器动作跳闸时，在查明原因消除故障前不得将变压器投入运行。为查明原因应重点考虑以下因素，作出综合判定。

a. 是否呼吸不畅或排气未尽；

b. 保护及直流等二次回路是否正常；

c. 变压器外观有无明显反映故障性质的异常现象；

d. 气体继电器中积聚的气体是否可燃；

e. 气体继电器中的气体和油中溶解的气体的色谱分析结果；

f. 必要的电气试验结果；

g. 变压器其它继电保护装置的动作情况。

       注：瓦斯保护动作，轻者发出保护动作信号，提醒维修人员马上对变压器进行处理；重者跳开变压器开关，导致变压器马上停止运行，不能保证供电的可靠性，对此提出了瓦斯保护的反事故措施： 1 将瓦斯继电器的下浮筒改为档板式，触点改为立式，以提高重瓦斯动作的可靠性；2 为防止瓦斯继电器因漏水而短路，应在其端子和电缆引线端子箱上采取防雨措施；3 瓦斯继电器引出线应采用防油线；4 瓦斯继电器的引出线和电缆应分别连接在电缆引线端子箱内的端子上。

八．日常巡检及维护

       电力变压器运行规程DL/T572－95（以下简称“规程”）规定在变压器的日常巡视项目中首先应检查气体继电器内有无气体，对气体的巡视应注重以下几点：

       1 气体继电器连接管上的阀门应在打开位置；

       2 变压器的呼吸器应在正常工作状态；

       3 瓦斯保护连接片投入应正确；

       4 油枕的油位应在合适位置，继电器内布满油；

       5 气体继电器防水罩一定牢固；

       6 继电器接线端子处不应渗油，且应能防止雨、雪、灰尘的侵入，电源及其二次回路要有防水、防油和防冻的措施，并要在春秋二季进行防水、防油和防冻检查。

       复合式瓦斯继电器工作温度允许在-30℃~+95℃之间，过高或过低的温度都会使永久磁铁退磁，使于簧触点动作不可靠。在安装和调试时，要避免外界磁场的影响和振动以防永久磁铁退磁。

       在维护、检查继电器时，可从放气阀口打进空气，检查轻瓦斯动作的可靠性；通过探针检查重瓦斯动作的可靠性。