变压器瓦斯保护

crash15 · 发表于 2008-7-11 21:16:46

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前  言
1、意义
毕业论文是培养学生综合运用所学的基本理论、基本知识和基本技能，分析解决实际问题能力的重要一环，它与整个教学过程的其他教学环节紧密配合相辅相成，是前面教学环节继续、深入和发展。本次毕业论文使我们受益匪浅，让我们对已学的基本两年理论和专业知识得到进一步巩固和提高，增强并提高了我们解决问题的各种能力，与此同时也培养了我们实事求是、谦虚谨慎的科学态度和刻苦钻研、勇于创新的科学精神。这次毕业论文是我们走向工作岗位前的一次“实战演习”，它会缩短我们在未来岗位上的适应期，使我们尽早进入“角色”发挥作用。
2、目的及作用
      毕业论文是总结学生的理论学习效果，完成工程技术人的基础训练和转化的最后也是重要的一个环节。通过毕业论文，每一个学生都得到综合运用所学专业知识，解决实际问题的独立锻炼的机会。通过毕业论文应达到以下的目的和要求：
联系和巩固专业知识，并使之系统化；
训练其综合运用所学知识独立分析和解决问题的能力，同时训练了论文的撰写能力、语言表达能力培养学生的敬业和合作精神；
使理论与实际相联系，初步掌握变压器瓦斯保护的主要内容、原理、范围安装方法；
通过论文，树立正确的工程设计思想，正确的技术、经济观点；
提高独立工作，学习和解决实际问题的能力；
养成严肃认真、刻苦钻研、实事求是的工作作风。

一、变压器瓦斯保护
1-1 变压器瓦斯保护的含义和作用：
含义：
   在变压器油箱内部发生故障（包括轻微的匝间短路和绝缘破坏引起的经电弧电阻接地短路）时，由于故障点电流和电弧的作用，将使变压器油及其他绝缘材料因局部受热而分解产生气体，因气体比较轻，它们将从油箱流向油枕的上部。当严重事故时，油会迅速膨胀并产生大量的气体，此时将有剧烈的气体夹杂着油流冲向油枕的上部。利用油箱内部故障的上述特点，可以构成反应于上述气体而动作的保护装置，称为瓦斯保护。
作用：
   新安装或大修后的变压器，在加油、滤油过程中，稍不注意就会将空气带入变压器的油箱内。投运前如果未将空气及时排出，则在变压器投运后，由于油温上升，油箱内的油将形成对流，将空气“赶出”油面，从而使瓦斯继电器动作。通常，内部存有的气体越多，瓦斯断电器的动作越频繁。
   在投运初期，如果发现瓦斯继电器动作频繁，应根据变压器的音响、温度、油面以及加油、滤油情况进行综合分析。如果变压器运行正常，则可判定为进入空气所致。否则应取气体做点燃试验，以判断变压器本身是否存在故障以及故障性质，从而及时采取相应措施予以消除，避免故障扩大，保证变压器安全运行。

1-2变压器瓦斯保护的工作原理：
   ① 瓦斯保护原理是变压器内部故障的主要保护元件，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，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同。瓦斯保护就是利用反应气体状态的瓦斯继电器（又称气体继电器）来保护变压器内部故障的。
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，其信号回路接上开口杯，跳闸回路接下档板。所谓瓦斯保护信号动作，即指因各种原因造成继电器内上开口杯的信号回路接点闭合，光字牌灯亮。

                  （瓦斯保护的原理接线）
② 瓦斯继电器的动作原理　　当变压器出现内部故障时，产生的气体将聚集在瓦斯继电器的上部，使油面降低。当油面降低到一定程度后，上浮筒便下沉，使水银接点接通，发出信号。如果是严重故障，油流会冲击挡板，使之偏转，并带动挡板后的连动杆向上转动，挑动与水银接点卡环相连的连动环，使水银接点分别向与油流垂直的两侧转动，两水银接点同时接通，使开关跳闸或发出信号。　　常用的瓦斯继电器有两种：一是浮子式；二是挡板式。挡板式瓦斯继电器是将浮子式的下浮子改为挡板结构。两者的区别是，挡板式的挡板结构不随油面下降而动作，而是在油的流速达到0.6～1.0m/s时才动作，所以挡板式瓦斯继电器遇到油面下降或严重缺油时，不会造成重瓦斯误动跳闸。

1-3 变压器瓦斯保护的范围：
   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，对此必须采取相应的措施。
　　  瓦斯保护的优点是不仅能反映变压器油箱内部的各种故障，而且还能反映差动保护所不能反映的不严重的匝间短路和铁心故障。此外，当变压器内部进入空气时也有所反映。因此，是灵敏度高、结构简单、动作迅速的一种保护。
　　  其缺点是不能反映变压器外部故障（套管和引出线），因此瓦斯保护不能作为变压器各种故障的唯一保护。瓦斯保护抵抗外界干扰的性能较差，例如剧烈的震动就容易误动作。如果在安装瓦斯继电器时未能很好地解决防油问题或瓦斯继电器不能很好地防水，就有可能漏油腐蚀电缆绝缘或继电器进水而造成误动作。
1-4 瓦斯继电器收集气体判别故障
   瓦斯继电器动作后，如果不能明确判别是不是变压器内部故障所致，就应立即收集瓦斯继电器内聚积的气体，通过鉴别气体的性质，做进一步判别。　　
   一般将专用玻璃瓶倒置，使瓶口靠近瓦斯继电器的放气阀来收集气体。如果收集到的气体无色无味，且不能点燃，说明瓦斯继电器动作是油内排出空气所致。如果收集到的气体为黄色，且不易点燃，说明变压器的木质部分出现了故障；如果所收集的气体为淡黄色并带强烈臭味，又可燃烧，则表明是纸质部分故障；如果气体为灰色或黑色易燃气体，则为绝缘油故障。　　判别气体是否可燃时，对室外变压器可直接打开瓦斯继电器的放气阀，点燃从放气阀排出的气体，若为可燃气体，沿气流方向将看到明亮的火焰。试验时应注意，为了确保安全，在油开始外溢前必须及时关闭放气阀。　　
   从室内变压器收集的气体，应置于安全地点进行点燃试验。判别气体有颜色时动作必须迅速，否则颜色很快就会消失，从而得不到正确结果。
1-5瓦斯保护信号动作的主要原因
1瓦斯保护信号动作的主要原因
  ①轻瓦斯动作的原因：
因滤油、加油或冷却系统不严密以至空气进入变压器。
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
   ②变压器故障产生少量气体
   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。
   ③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断变压器的故障性质。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断邦联性质，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，色谱分析判断为空气，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，则应综合判断确定变压器是否停运。

　　3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，作出综合判断。

　　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。

1-6 变压器瓦斯保护的安装方式
      瓦斯继电器安装在变压器到储油柜的连接管路上，安装时应注意：
1首先将气体继电器管道上的碟阀关严。如碟阀关不严或有其他情况，必要时可放掉油枕中的油，以防在工作中大量的油溢出。

2新气体继电器安装前，应检查有无检验合格证明，口径、流速是否正确，内外部件有无损坏，内部如有临时绑扎要拆开，最后检查浮筒、档板、信号和跳闸接点的动作是否可靠，并关好放气阀门。

3气体继电器应水平安装，顶盖上标示的箭头方向指向油枕，工程中允许继电器的管路轴线方向往油枕方向的一端稍高，但与水平面倾斜不应超过4%。

4打开碟阀向气体继电器充油，充满油后从放气阀门放气。如油枕带有胶囊，应注意充油放气的方法，尽量减少和避免气体进入油枕。

5进行保护接线时，应防止接错和短路，避免带电操作，同时要防止使导电杆转动和小瓷头漏油。

6投入运行前，应进行绝缘摇测及传动试验。

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：

3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。

4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。

5在瓦斯保护及其二次回路上进行工作时。

6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。

7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。

8在地震预报期间，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。
1-7变压器瓦斯保护的检验
   瓦斯保护'>瓦斯保护是电力变压器内部故障检测的主要保护，其安装和瓦斯继电器质量的好坏，决定着瓦斯保护'>瓦斯保护的运行效果。
   因此，必须认真进行检验。l、瓦斯继电器的检验1．l瓦斯继电器内部和机械部分的检验
（1）玻璃窗、放气阀、探针处和引出线端子等应完整不渗油。拆、接引线时，防止引线端子跟随一起转动。
（2）浮筒无裂纹及凹凸处、玻璃窗应完整清晰明亮无裂纹线。
（3）水银接点的水银面应清洁光亮，摇动分、合时水银流动灵活，不应挂在玻璃壁和电极上，电极和极尖应光亮呈银白色。
（4）水银接点柱焊接牢固，根部套软塑料管加固；接点引线长短应合适，能任意弯曲，无断股现象；瓷珠应完整光滑无毛刺。
（5）水银接点应固定牢固。接点距离正常时，有一极浸入水银中的长度应不小于4mm。其它类型继电器的接点正常时，两极应断开。接点引钱的极性，为经常浸入水银中的接点接正极。若未经常浸入水银中接点接正极时，由于水银蒸气是导体的原故，长期运行，接点可能损坏，甚至可能使瓦期保护动作。
（6）可动部分应灵活，动作可靠，返回无卡住现象。
（7）浮筒型瓦斯继电器水银接点的位置应调整在当浮简浮起时，接点之间的距离不小于4mm。当浮筒下沉使水银接点恰好接触闭合时，浮筒尚能继续向下沉方向偏转约50，以保证接点闭合可靠。
1．2瓦斯继电器的密封试验
（1）在密封试验前检查水银接点有无因水银蒸气所造成的通路，可用2500V摇表测量接点间绝缘电阻应不小于50MΩ，且无瞬间闪光和放电发光现象。若用交流1000V耐压时，良好的接点不发光，不良的接点则发出强烈的紫光。
（2）将浮筒与水银、干簧接点放人注有变压器油的试验器内，加1．5个大气压在保持油温在90～95C的情况下，连续24h的密封性试验。浮筒重量试验前后相差不大于0·1g；观察判断接点的完好性，轻轻摇动水银接点，如发现水银面上出现细长薄膜或水银分裂成小珠，则是接点有渗油现象。
   l．3瓦斯继电器的接点蒸发试验用玻璃烧杯，注入适量变压器油，将水银接点置于油的上部，接点处于断开位置，软线露出油面，用电炉加热保持油温在70～800C，连续2h，水银应无蒸发现象。若电极和玻璃管壁上附有水银珠或负极上挂有水银霜，则是接点有蒸发现象。
1．4瓦斯继电器定值整定检验
（1）轻瓦斯整定：当壳内聚积250～300cm3的空气时，应能可靠动作。
（2）重瓦斯整定：自然油冷却的变压器为0．8～l．0m／s油流速，能可靠动作；强迫油循环冷却的变压器为1．0～l．2m／s油流速，能可靠动作。
1．5瓦斯继电器接点工作可靠性检验
（1）接点连续断开和闭合额定电压和电流10次，应无弧光和烧焦点痕迹。
（2）接点接触电阻不大于1Ω。2、
瓦斯保护'>瓦斯保护的安装检验
（1）变压器顶盖沿瓦斯继电器方向应有1％～15％的升高坡度。
（2）变压器本体至油枕的油管沿瓦斯继电器方向应有2％～4的升高坡度。但瓦斯继电器应保持水平位置。
（3）变压器的防爆管应与油枕连通。
（4）瓦斯继电器的安装应保证油流箭头方向朝向油枕侧。
（5）瓦斯继电器两侧油管应为同一内径的管子，与油管用法兰连接处，若使用耐油橡皮衬垫时，其孔径应比油管内径略大，以免防碍油的流速。
（6）瓦斯继电器通向油枕的阀门应开通，且阀门直采用平板式，不宜用球形阀门。
（7）瓦斯继电器的引线端子和放气阀门应不渗油。
（8）瓦斯继电器的安装位置应保证便于观察油面及取气样的电气安全距离。
（9）瓦斯继电器的引出线应采用防油导线，经过中间端子盒再联至电缆。引出钱应有几个弯曲处，以免油经毛细效应从引出线流到电缆。中间端子盒应有密封良好的防雨措施，电缆应为铠装，埋人地下部分应有铁管保护。
（10）瓦斯保护'>瓦斯保护的绝缘检验。
①采用1000V摇表测定水银接点绝缘电阻不小于50MΩ，二次回路绝缘电阻不小于IMΩ；
②对水银接点及二次回路用交流1000V电压耐压lmin或用2500V摇表测定，应无闪光和放电现象。
（11）瓦斯保护'>瓦斯保护的整组织检验。
①用打气法检验瓦斯动作发信号；
②用动作探针或短路接点的方法检验重瓦斯保护'>瓦斯保护回路结线正确良好，动作于跳闸；
③对有强迫油循环冷却的变压器应开、停循环泵试验，瓦斯继电器应不动作。
3、瓦斯保护'>瓦斯保护的检验周期瓦斯保护'>瓦斯保护全部检验结合变压器大修进行。每年要进行l～2次外部检查、绝缘检验及整组检验。每2～3年对运行变压器的瓦斯继电器进行内部和机械部分的检验。
1-8 瓦斯保护的反事故措施
　　1、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。
   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，作出综合判断。
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。
   运行中的变压器瓦斯保护,当现场进行哪些工作时,重瓦斯保护应由"跳闸"位置改为"信号"位置运行。
      1)进行注油和滤油时。
      (2)进行呼吸器畅通工作或更换硅胶时。
      (3)除采油样和瓦斯继电器上部放气阀放气外,在其它所有地方打开放气、放油和进油阀门时。
      (4)开、闭瓦斯继电器连接管上的阀门时。
      (5)在瓦斯保护及其二次回路上进行工作时。
   (6)对于充氮变压器,当油枕抽真空或补充氮气时,变压器注油、滤油、更换硅胶及处理呼吸器时,在上述工作完毕后,经1h试运行后,方可将重瓦斯投入跳闸。
何种故障瓦斯保护动作？
   瓦斯保护可以保护的故障种类为：
（1）变压器内部的多相短路。
（2）匝间短路，绕组与铁芯或外壳短路。
（3）铁芯故障。
（4）油面下降或漏油。
（5）分接开关接触不良或导线焊接不牢固。

二轻、重瓦斯保护动作的原因

2-1轻瓦斯保护动作的原因：
      变压器的轻瓦斯保护动作，一般作用于信号，以表示变压器运行异常，其原因主要是在变压器的加油、滤油、换油或换硅胶过程中有空气进入油箱。由于温度下降或漏油，油面降低。油箱的轻微故障，产生少量气体。轻瓦斯回路发生接地、绝缘损坏等故障处理的原则是停止音响信号。检查变压器的温度、音响、油面及电压、电流指示情况。通过第一项检查，如未发现异常，应收集继电器顶部气体进行故障判别。如果收集的气体为空气，值班人员将继电器内的气体排出，变压器可继续运行；如果为可燃气体，且动作频繁，则应先汇报领导，按命令处理。如果无气体，变压器也无异常，则可能是二次回路存在故障，值班人员应将重瓦斯由掉闸改投信号，并将情况报告有关负责人，待命处理。
　2-2重瓦斯保护动作的原因：
      变压器的重瓦斯保护动作掉闸的原因是变压器内部发生严重故障，回路有故障，近区穿越性短路故障。
      处理的原则是对变压器上层油温、外部特征、防爆喷油和各侧开关掉闸情况、停电范围等进行检查，如有备用变压器，应立即投入，并报告有关领导。收集气体判别故障：如果是内部故障，则不得试送电，应按规定拉开各侧开关，并采取安全措施，等待抢修。如果气体不可燃，而且表计无摆动，则可考虑试送电。如果瓦斯继电器内无气体，外部也无异常，则可能是瓦斯继电器二次回路存在故障，但在未证实变压器良好以前，不得试送电。

2-3但有时瓦斯继电器会发生误动作，因此应采取一定的反事故措施：
将瓦斯继电器的下浮筒式改为挡板式，触点改为立式。这样可以提高重瓦斯动作的可靠性。
瓦斯继电器引出线应采用耐油绝缘线。
瓦斯继电器的引出线和通往室内的二次电缆应经过接线箱。在箱内端子排的两侧，引线应接在下面，电缆应接在上面，以防电缆绝缘被油侵蚀；引线排列应使重瓦斯跳闸端子与正极隔开。
2-4处理假油位时，注意防止瓦斯继电器误动：
瓦斯继电器的端盖部分及电缆接线端子箱应有防雨措施。
对新投入的瓦斯继电器的浮筒应作密封试验，在其运行中应进行定期试验。
如果使用塑料电缆，应注意检查是否有被老鼠、白蚂蚁咬坏等情况。

结    论
   变压器瓦斯信号动作后，运行人员必须对变压器进行检查，查明动作的原因，并立即向上级调度和主管领导汇报，上级主管领导应立即派人去现场提取继电器气样、油样和本体油样，分别作色谱分析。根据有关导则及现场分析结论采取相应的对策，避免事故的发生，以保证变压器的安全经济运行。

参考文献：
1高等教育出版社
2尹克宁电力工程师水利电力出版社
3霍小卫最新电力工程标准规范实用全书中国广播电视出版社

[ 本帖最后由 crash15 于 2008-7-11 21:20 编辑 ]-%-85456-%--%-91277-%--%-91320-%-

liuqingrui · 发表于 2008-7-13 08:36:37

对瓦斯保护论述的很全面，只是这才是变压器保护的一部分。

lokia0870 · 发表于 2008-8-3 00:17:16

一般性的论述，不够深刻。。。现实运行中比这个复杂多了有很多问题。。。发生过很多次不明原因的事故。。。

liuqingrui · 发表于 2008-8-3 09:02:44

变压器在线状态监测系统监测的很全面。

why6bt · 发表于 2010-4-23 21:01:52

弄来看看，也学习一下！

1qaz2wsx123 · 发表于 2010-6-30 15:13:37

回复 1# crash15

学习学习。

dyyao_best · 发表于 2010-10-14 23:10:39

回复 1# crash15

ybdblgm · 发表于 2010-10-19 20:49:52

学习学习，多看看。多学学

yqfd2009 · 发表于 2011-3-11 21:07:25

老生长谈,无新意.

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变压器瓦斯保护

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