李东
国网山东省电力公司聊城供电公司 252000
摘要：本文对对有载重瓦斯保护动作的一台 110kV 主变产生故障时，重瓦斯保护装置进行保护动作的原因和现象进行分析，并提出其预控措施，为今后避免出现此类故障提供了参考。
关键词：变电站；重瓦斯保护；有载分接开关; 故障分析
变压器是电力系统的核心枢纽设备，起着承上启下的电能转换作用，其安全稳定运行直接影响着整个电力系统的运行安全。由于存在诸多不可避免的外部因素，变压器在运行过程中存在经受近区出口短路故障冲击的情况，短路冲击故障带来的影响包括：（1）变压器轻度故障，为了保证供电连续性，其经过简单处理后带隐患投运；（2）变压器重度故障，直接退出运行。因此，在变压器出现故障停运后，如何通过现有的检测手段准确、及时判断变压器的当前状态，有效指导运检人员处理故障，对于缩短停电时间、提高变压器的安全可靠性至关重要。
1. 变压器保护工作原理
变压器通过电磁感应来改变线路中的电流，内部结构包含两个线圈和一个磁芯。在初级线圈中有电流通过时，随之产生的电磁感应会在次级线圈中产生感应电流。在变压器的保护中，一般含有防止内部油箱发生故障的瓦斯气体保护，防止电流短路所引起的电流保护，防止线路之间的外部短路所采取的过电流保护及防止中性点接地所引起的过负荷保护。在这里的瓦斯气体保护指的是对变压器运行中出现的故障进行保护采取的有效措施。瓦斯继电器位于变压器与储油箱之间，当变压器内部遇到故障时，变压器油通过分解所产生的气体使继电器的接点接通， 根据动作情况保护装置会发出轻瓦斯警告信号或发重瓦斯信号并启动主变保护跳闸回路。
在主变的内部电压、电流正常时，继电器内的油充满整个装置，处于上浮位置的继电器将会拉开弹簧接触点。一旦变压器出现异常反应，瓦斯保护装置内的温度将会升高，使之形成溶解气泡，产生的气体在瓦斯继电器的推动下促使装置内部压力下降，整个装置的油面降低促使弹簧接触点向逆方向转动而接通信号装置。一旦内部故障严重，瓦斯保护装置将产生更多的气体以满足内部压力的增加。当保护装置内部的压力增加时，产生的油压冲击装置挡板，带动弹簧点向触点移动使主变跳闸。而在变压器的装置内部还存在油循环系统，系统内的开关和接头的地方是发生事故的频发地点。在主变的油循环管道上装载气压调节器，可以双向实现对油压的保护工作。
2. 变压器事故产生原因及处理
2.1 检查处理现场情况
2020年公司对某 110kV 变电站 #1新投运不久的主变压器发生了重瓦斯跳闸事故，在主变检修完第一次对设备进行检查中，发现主变的外观正常，变压器连接运行平稳，在瓦斯保护装置内部油气的颜色正常并且没有气体放出；对油气进行取样分析发现和标准值一致，说明变压器本体油没有产生异常。其次对易发生故障的接线点和开关逐一进行排查，发现开关的绝缘电阻和耐压状态均在标准范围内；最后对主变通电情况进行检查，并未发现设备异常现象。在进行 48h 后运维检修人员对第设备进行第二次检查， 检查变压器的设计状况与设计图纸是否相符，发现瓦斯继电器内的接线装置正确。对线路电缆和铁芯的对地绝缘情况进行测试， 发现线路的绝缘电阻达到正常值， 并且变压器的保护屏蔽装置处于接地良好状态。
2.2事故原因综合分析
2.1 变压器瓦斯保护动作原理
当变压器内部出现闸间短路，绝缘损坏等故障时，短路电流产生的电弧将绝缘材料和变压油热分解，产生出大量可燃性气体，向油枕方向流动。气体继电器挡板受到冲击，使断路器跳闸。
2.2 主变受大电流冲击内部情况
大短路电流作用下，初始机械损伤基本形式是变压器绕组变形，它们发展典型方式是变形引起局部放电，匝、股间短路，整段主绝缘放电或完全击穿导致主绝缘破坏。
2.3主变内部故障后的气体情况
由于出口近区短路的冲击，主变内部绕组发生匝间短路放电和引线接头或分接开关接触不良而燃弧产生高能放电。这些过热故障促使油或固体纸绝缘材料发生裂解产生H2，CO，CO2和低分子碳水化合物(C2H2，C2H4)等，这些都是气体，通常都是溶解在油中，但对于近区短路这类突发性故障，反应不太灵敏，这是因为由于故障忽然，产气快，一部分气体来不及溶解于油中就进入气体继电器。因此，对于近区短路这类故障，结合气体继电器的气体色谱分析结果，其乙炔、总烃试验数值超标，综合判定为主变绕组匝间故障。
2.4 主变差动保护分析
主变差动保护为反应变压器绕组和引出线的相间短路，以及中性点直接接地电网侧绕组和引线的接地短路及绕组闸间短路的电流型保护。在此次故障中，主变内部及外部均无上述故障，并且从110kV侧故障录波图和10kV装置故障记录数据可以判断出，故障瞬间#1主变高压侧流进主变和主变10kV流出的电流是一样的，即故障中差区内无差流，差动保护不动作是正确的。
2.5处理方法
对线路开关进行复位后产生事故警报声， 对后台系统的报文装置进行检查初步了解事故发生的情况。 在查看了主线路之后，对线路的保护屏信息进行记录。 在检查问题后对变压器的外观进行观察，看是否有管道破裂和漏油情况的发生。 在检查过程中应注意对自身的保护，比如穿戴安全服和安全帽，以防止重瓦斯的保护装置在实时保护过程中， 产生的较高温度的油气会对环境造成污染。 再次检查主线路的开关位置是否处于闸口处，并调度线路中性点的位置，一旦线路的位置出现负荷异常的情况应该对电压的等级进行调整。 在观测到重瓦斯保护之后，对瓦斯保护继电器内的空气含量进行测试，比如气体的颜色，气味和燃点等等。
3. 注意事项
在对瓦斯保护继电器进行取气时，应该由两个人进行配合。拿取变压器内的气体时，应和带电装置隔离一定的距离，比如人体的位置不能超过油箱的界限范围。打开变压器阀门时，为防止气体的喷出应提前确认气压的正负性，防止空气泄露进入变压器中改变容器内气体的状态。将收集的气体进行物体和化学成分的判断，由此来推断出变压器的内部情况和瓦斯保护动作产生的原因。如果采集的气体是不可燃则说明是由于空气进入线路回路中导致节点短路从而出发保护装置，如果气体呈现黑色且可燃则说明重瓦斯保护动作是由变压器本身的故障所引起的变压器内的气体分解，造成油样的变化；如果气体是灰白色并且有味道，则说明变压器的内部绝缘材料出现了问题。
4.结束语
文针对主变重瓦斯保护动作后的故障综合诊断分析，得出以下结论：
（1）一旦发生主变低压侧短路故障，应安排人员取油样和气样进行油中溶解气体分析，根据气体组分变化趋势确定变压器运行状况，防止因累积效应，变压器出现故障跳闸。
（2）变压器出现故障后，绕组直流电阻、绕组介损和电容量测试对判断变压器是否发生严重故障反映明显。
（3）频率响应分析法绕组变形测试，可以直观看出绕组异常。受短路冲击后，绕组轻微变形，没有发生绝缘破损现象，常规的电气和油气试验难以发现此类潜伏性故障。
（4）国家电网公司2018版的十八项反措已经将变压器的抗短路能力定为重要测试条目，鉴于部分厂家诚信度不够，铜中掺铝的现象时有发生，导致绕组抗短路能力不足。建议制造厂提供绕组和铁芯样品，通过电科院测试绕组和铁芯样品是否符合合同要求，以保证产品质量。
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