浅析主变压器气体继电器故障性质的判别及处理

摘要：对主变压器气体继电器的保护是保证电网正常运行的关键。文章依照以往工作经验，分析了气体继电器存在的主要缺陷和产生原因，阐述了继电器的维护技术，并就如何正确使用继电器提出了一系列切实可行的建议，以提高安全系数。

关键词：主变压器；气体继电器；故障性质判别；改进措施；电网运行 文献标识码：A

中图分类号：TM407 文章编号：1009-2374（2016）12-0125-03 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2016.12.058

1 概况

大型电力变压器最重要的非电量保护装置非气体继电器莫属。以往事实表明，如果变压器装有气体继电器，当变压器发生绝缘性快速分解或是变压器本体发生放电性故障时，气体继电器往往最先做出反应。它能有效减少变压器故障带来的损失。目前市面上主要出售QJ-25、QJ-50、QJ-80等几种改进的QJ系列的气体继电器，它们的基本结构相同，用哪一种都能起到同样保护的效果。此类产品的型号、规格及技术要求等问题在《气体继电器》（JB/T9647-1999）中有详细说明。QJ系列气体继电器在速动油压继电器、皮托继电器、BR-1型等进口继电器中也有采用。遗憾的是，到现在为止，技术工程师仍然没有找到一种非电量保护装置可以取代气体继电器在大型变压器的设置。

气体继电器是如何运行并起到保护作用？以下做简要分析。当变压器内部发生轻微非正常现象时，油分解产生的气体会迅速升到继电器的上部，达到饱和程度时，上开口杯会下降到继电器的磁铁与干簧接点吸合的位置，这时气体继电器就会发出轻瓦斯信号。注意区分当油位降低时，也会迫使轻瓦斯发出求救信号。绝缘油会在变压器发生故障时自动大量分解，并迅速翻腾浪涌，如果油流速度达到气体继电器启动定值，油流就会冲击拍打油管内的挡板，当达到一定程度时，继电器上的磁铁会与干簧接点吸合，发出重瓦斯信号，重瓦斯发生作用，切断故障。当然，气体继电器也有失误时，本文主要对继电器的非正常运作情况进行分析总结，归纳其产生失误的原因，同时提出改进措施。为正常使用继电器，使重瓦斯发生动作，有效规避风险提供参考。

2 气体继电器故障分析

气体继电器是电力设备正常安全运行的有力保证。这一保护装置发生的非正常运行的类别主要有线路接触不良，接线错误、短路、自身材质不达标、抗干扰能力弱等常见问题，具体分析结果如下：

2.1 电压互感器的接线故障问题

继电保护装置经常发生的运行错误就是电压互感器的接线问题，又分为二次中性点接线错误、回路短路、接地、断线等现象。这几种现象是互相作用的，一种现象的发生就可能会间接的导致另一种故障的发生。如果出现了零序电压比提高，回路负荷降低，这是二次接地故障的典型表现，导致设备短路。如果不加以制止，就会导致变压器的电压逐渐增大，引起设备误动，进而引发二次中性点接线错误。

2.2 继电保护装置的抗干扰能力差引起的故障

继电保护装置的工作环境极其复杂，因此对抗干扰能力有很高的要求。就目前我国的具体情况来看，继电器的抗干扰能力较弱，还处在起步阶段。由于其抗干扰能力较差，所以在运行中易受到其他通信设备的干扰而出现电压幅度增加，给逻辑原件的分析造成困扰。

2.3 由重瓦斯及轻瓦斯引起的故障问题

2.3.1 气体继电器非正常运作分为重瓦斯保护跳闸和轻瓦斯发出二类保护信号，引起动作两种情况。由于重瓦斯动作表现为跳闸，造成的影响和损失相较于轻瓦斯来说较大，所以应重点观察，注意预防。运行不当易引发重瓦斯故障问题主要表现为：（1）呼吸系统不当引起的重瓦斯保护问题；（2）变压器子箱密封不良，进水导致的重瓦斯保护；（3）电缆短路或者是绝缘不良引起的重瓦斯保护；（4）继电器安装不当使得外部电缆绝缘部分损坏引起的重瓦斯保护问题。重瓦斯动作现象多表现为水电机组湿度和变压器负荷较大，这时就会有呼吸器跑油现象发生，最有可能发生在冬季，所以一定要严加预防。如果对于平时三令五申的问题都易忽视而造成恶劣影响，真的是得不偿失。像提高安装质量、定期检查、时刻监督这类小事情在平时一定要高度重视。

2.3.2 由气体继电器干簧接电处的玻璃管破裂和接电器密封不良造成的重瓦斯保护不容忽视。干簧玻璃管破裂都发生在同一台变压器的有调节开关的气体继电器上。在对1998年、2004年和2005年发生的三次较大安全事故分析后，是否与继电器的振动幅度较大有关还不得而知，但是提高继电器的质量，有效遏制这一危害的发生还是有借鉴意义的。继电器的密封不良问题在各类继电器上都有出现，表明改进密封性是一个共性问题，应该尽快着手改进实施。有的单位在变压器的外面加上防雨罩，可以有效遏制此类事件的发生，有一定的突破性。

2.4 由轻瓦斯引起的故障问题

如果不能及时、准确地判断轻瓦斯的频繁保护动作，对于发生较快的故障可能漏判或错判，以至于酿成无法挽回的后果。在制造过程中需要特别改进的是气体继电器的浮筒转轴脱落，引发轻瓦斯频繁动作的问题。轻瓦斯保护装置设置的意义重大，当油位降低时，轻瓦斯会迅速做出判断，向运行人员发出信号以方便及时采取措施制止危害的进一步扩大。变压器负压区或是冷冻系统的负压区进气排气不彻底，是导致轻瓦斯保护频繁动作的一大隐患。这种情况与工作人员正常工作时的情况相矛盾，会干扰工作人员做出正确的职业判断。如果碰巧有其他故障同时发生，极易产生漏判，此时正确的做法应该是处理漏气和残余气体。

3 电气继电器保护装置的维护技术

现阶段的电气继电器保护装置的维护主要有以下方法，即插件替代法、故障直观法、电路拆除法、参数对照法、短接法与断开法等。

3.1 插件替代法

微机保护装置内部发生故障主要用替代法进行处理。其工作原理是在工作中如果出现类似于系统无法正常运行的故障时可将其替换成相同的插件。替代法虽然是一种简单的维修技术，但在实际工作中也不容马虎，要仔细检查电流和电压是否处理恰当，确保替代插件的定值芯片和程序与原来系统一致。

3.2 故障直观法

故障直观法是继电器故障发生时常用方法。直观法要求检修及操作人员拥有较强的专业知识与丰富的经验，因为其工作原理是技工人员用肉眼直接观察，找出错误，对设备故障进行直接分析并据此提出整改意见。

3.3 电路拆除法

拆除法的工作原理是将变压器的二次回路按顺序拆开之后再仔细找出故障所在。此法有利于运维检修人员快速找出故障，提高工作效率，节约故障检测浪费的不必要时间。

3.4 参数对照法

对照法的工作原理是首先要确定机电保护装置的故障位置，运维检修人员经常用测试值与定值之间的差额来实现这一目标。判断方法是如果测试中出现的故障程度较大，则表明此处一定有较大的故障隐患，应及时处理。此方法的优点是借助参数值来判断故障程度，准确性高。

3.5 短接法与断开法

短接法和断开法的工作原理大体相同，主要是对回路中的某一部分进行断开或者接线处理，观察断开或接线后设备的运行状态与没进行断开或者接线前的运行状态之间的区别，以此缩小产生故障的范围，尽快找出故障所在。这两种方法的工作原理虽然大体相同，但细微差别还是存在的，应该结合具体的工作环境区别对待，找出最适宜的方法。

4 改进措施

4.1 重视速动油压继电器的保护作用

当变压器本体达到或者超过整定的压力值时，速动油压继电器的反应速度灵敏，压力会迅速上升，可以保护变压器不受损坏。高电压、大容量的变压器加装本装置其保护效果加强。但由于其设置复杂、成本高、销售困难，市面上的生产厂家还没有以此装置来取代气体继电器。

4.2 对有载调压开关的气体继电器的设置

这种继电器由于其装置的复杂性，在设置时应该严格遵守国家标准和行业标准。无论是哪种继电器，其保护装置都应该反映压力和油层的冲击情况，如果将来油流控制继电器可以代替气体继电器，油流控制继电器也应该具备油流冲击动作的功能，轻瓦斯保护功能就可以不用保留。这样做不仅可以对有载调压开关进行可靠保护，还可以减少轻瓦斯动作的工作量。

4.3 对QJ4G-25继电器的改进

在对多次事故教训进行总结与仔细分析研讨之后，对QJ4G-25继电器做了如下要求：（1）继电器的支架高度应该控制在70～90毫米；（2）应该采用双接点的串联结构，干簧接点引线距离大于或等于4毫米；（3）取消轻瓦斯的相应接点和开口杯装置；（4）干簧点应该用双螺丝固定在支架上，并将缓冲层装在固定环里；（5）干簧层应该选择质量可靠，品质有保证，最重要的接点处要镀银干簧层。

4.4 有载调压开关重瓦斯是否投跳闸的判断

对其的决定应该依据具体情况具体分析。如未做改进的气体继电器发生误动的几率很大，就可以暂投信号。将装有有载调压开关的气体继电器进行改良后的新产品，其瓦斯保护就可以投跳闸。

4.5 对不同变压器的处理

220kV及以上变压器应该加装有双接点的气体继电器；66kV及以下的变压器应该加装逐步采用双接点的气体继电器；装有有载调压开关的气体继电器全部取消轻瓦斯回路。

5 我国气体继电器的发展趋势

继电保护对于继电系统的安全运行起着十分重要的作用，但其检修维护也是一项复杂工作，所以怎样更有效地提高继电器的工作效率是未来工作的中心议题。应该严格规范各个阶层的工作人员。企业员工在上岗之前应该严格培训，要求员工熟练操作故障检修、清扫等工作。故障修检人员更应该提高其工作技能，加强理论知识的学习，用肉眼就可以正确判断故障，从而提高修检效率。我国的科技发展迅速，到目前为止，继电保护已经经历了晶体管阶段、集成电路阶段，目前我国正在经历微机阶段。未来继电保护装置故障的大方向应该是智能化，但技术人员少、技术革新速度慢等问题一直制约我国继电保护的发展。因此，我国继电保护的发展趋势应该是：发展应用人工智能AI、保证继电保护技术革新的合理正确、提高处理电力设备非线性的能力。值得一提的是，基于我国广大的消费群体，应大力推广带有客户机/服务器的继电保护装置。

6 结语

总之，继电保护装置在电力系统运行中具有重要作用。在实际工作中想要保证电力系统安全、稳定的运行，提高继电保护装置的维修技术，就要提高运维检修人员理论水平和实践水平。此外，全面保障继电保护装置提高的另一关键要素是保证装置性能的提高和接线的合理性。

参考文献

[1] 王楠，孙成，刘宝成，孟峥峥.220kV变压器有载分接开关气体继电器故障分析[J].变压器，2014，（6）.

[2] 王世阁，周志强，李保福.变压器气体继电器故障分析与改进措施[J].电力设备，2006，（9）.

[3] 梁技禄.电气继电器保护的故障及其维护技术探析

[J].硅谷，2015，（4）.

作者简介：张淑敏（1979-），女，山东成武人，国网山东省电力公司成武县供电公司电力工程工程师，用电监察员技师，研究方向：电网工程前期、电网规划。