气体继电器干簧管破裂故障分析与对策_魏金清.pdf

气体继电器干簧管破裂故障分析与对策魏金清,甄卫国,梁 刚(广东电网有限责任公司佛山供电局,广东 佛山5 2 8 5 0 0)摘 要:介绍了3起变压器用气体继电器内部的干簧管破裂故障或隐患,分析干簧管破裂原因,提出了针对性的防范措施。关键词:变压器;气体继电器;干簧管;故障中图分类号:TM 5 9 1 D O I:1 0.1 9 7 6 8/j.c n k i.d g j s.2 0 2 3.0 2.0 3 1F a i l u r eA n a l y s i sa n dC o u n t e r m e a s u r eo fR e e dT u b eB r e a k i n go fG a sR e l a yWE I J i n q i n g,Z HE N W e i g u o,L I AN GG a n g(F o s h a nP o w e rS u p p l yB u r e a uo fG u a n g d o n gP o w e rG r i dC o.,L t d.,F o s h a n5 2 8 5 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:T h r e ec a s e so fr e e ds w i t c hr u p t u r ef a u l t so rh i d d e nd a n g e r s i n s i d et h eg a sr e l a y sf o rt r a n s f o r m e r sa r ei n t r o-d u c e d,t h ec a u s e so f r e e ds w i t c hr u p t u r ea r ea n a l y z e d,a n dt a r g e t e dp r e v e n t i v em e a s u r e sa r ep r o p o s e d.K e yw o r d s:t r a n s f o r m e r;g a s r e l a y;r e e ds w i t c h;f a u l t收稿日期:2 0 2 2-0 5-0 6作者简介:魏金清(1 9 8 9-),从事变电设备的运维及检修工作。0引言电力变压器承担着电力系统能量传输、变换的重大任务,是电力系统输变电环节中的枢纽性设备,其运行状况直接影响着整个电力系统的安全稳定。气体继电器又是变压器上重要的非电量保护装置,其重瓦斯接点直接作用于变压器跳闸,因此气体继电器自身工作的稳定程度直接决定了变压器的安全可靠运行。气体继电器通常具有可靠的保护动作性能,但因其自身部件故障造成的误动作也时有发生,严重影响着电力系统的安全稳定运行。本文结合3起气体继电器干簧管破裂故障或隐患,分析了故障原因,并提出了针对性的防范措施。1气体继电器的结构及原理发生故障的气体继电器为德国某公司生产的双浮球气体继电器,型号为B F-8 0/Q或B F8 0/1 0,生产日期均为2 0 0 0年前后,其芯子的外观如图1所示。该双浮球气体继电器由一个上开关系统和一个下开关系统构成。气体继电器安装在变压器本体至油枕的连接管道上。正常运行时,气体继电器内充满绝缘油,浮球因浮力作用处在最高位置。当变压器内部出现故障时变压器油会生成气体,这些气体聚集在气体继电器的拱顶部位,迫使变压器油液面下降,上浮球也同时向下运动。上浮球下降一定高度后,会触发磁干簧管接点闭合而发出报警信号,即轻瓦斯保护动作。图1双浮球气体继电器芯子当变压器内部的故障剧烈时,迅速生成的气体或故障瞬间的电动力驱动变压器油向油枕方向运动。若油流速超过气体继电器的整定值,则继电器的挡板将被油流推动翻转,启动磁触点式干簧管而切断变压器各侧电源,即重瓦斯保护动作。当磁触点式干簧管发生破裂时,其内部裸露的引线及接点直接暴露在绝缘油中,极易引发气体继电器误动作,造成主变跳闸事故发生。2故障及缺陷案例分析2.1跳闸故障案例2 0 1 3年1 2月3 1日,1 1 0k VC X站#1主变非电量保护动作,本体重瓦斯保护出口跳开变压器各侧开关。动作的气体继电器型号为B F8 0/1 0,出厂日期为1 9 9 9年1 2月,投运日期为2 0 0 0年1 1月。故障发生后开展了变压器本体油色谱及绝缘试验,结果均正常。现场测量气体继电器轻瓦斯接点间绝缘电阻值,结果正常,而测量重瓦斯接点间的绝缘电阻值,结果异常,为0 M。取出气体继电201电工技术 电力设备 器芯子检查,重瓦斯干簧管内充满变压器油,干簧管的接点引出线端已出现缺口,干簧管内部引线、接点表面脏污,如图2所示。图21 1 0k VC X站#1主变本体重瓦斯干簧管破裂2.2缺陷案例12 0 1 8年3月,检修人员在处理1 1 0k VL S站#2主变本体气体继电器试验探针处的渗漏油时,发现该气体继电器的1个重瓦斯干簧管已破损(如图3所示),且芯子取出时干簧管内充满绝缘油。该气体继电器型号为B F8 0/Q,出厂日期为1 9 9 9年9月,投运日期为2 0 0 0年1 1月。破口位置同样位于干簧管的接点引出线端。检查干簧管内部引线表面,清洁,无脏污情况;测量接点间及接点对地绝缘电阻值,结果均正常(均大于3 0 0M)。图31 1 0k VL S站#2主变本体瓦斯继电器干簧管破裂2.3缺陷案例22 0 2 0年1月,在送检1 1 0k VL J站#2主变本体气体继电器时,发现气体继电器的干簧管存在破裂缺陷。该气体继电器型号同样为B F8 0/Q,生产日期为2 0 0 0年3月,投运日期为2 0 0 0年7月。取出气体继电器芯子检查,如图4、图5所示。经核实,该气体继电器内部的3支干簧管均出现不同程度的破裂、破损情况。其中轻瓦斯干簧管和1支重瓦斯干簧管内部均充满了变压器油,经仔细观察,在其接点引出线端发现了细微裂纹。这两支充满油的干簧管在存放数月之后其内部的绝缘油也仅有少量溢出。另1支重瓦斯干簧管破损较为严重,出现了破口,破口亦位于接点引出线端,如图4所示。进一步检查,该干簧管内的接点为闭合状态且无法复位分开,接点的支撑结构遭到了破坏,造成接点永久性地搭接在一起。而变压器在停电检修前未曾发生过重瓦斯保护动作事故或信号,据此推测该干簧管在运行时同样存在裂纹,再加上停电送检时拆卸或运输过程中的操作不当,造成了干簧管及其接点支撑结构损坏的故障发生。图4一支重瓦斯干簧管破损及 轻瓦斯干簧管内充满油 图5另一支重瓦斯干簧管 内部也充满油检查破口的干簧管内部引线表面,清洁,无脏污情况,但检查3支干簧管接点的引出线护套及相应的内部接线端子表面,均附着有黑色脏物,如图5所示。测量干簧管接点间、接点对地绝缘电阻,结果均正常(均大于3 0 0M)。3干簧管破裂的原因分析及危害3.1干簧管破裂的原因分析上述3起故障或缺陷的气体继电器均为德国某公司生产,型号为B F8 0/1 0或B F8 0/Q。两种型号的气体继电器虽然在外观尺寸、连接法兰盘样式等方面存在差异,但内部芯子并无区别。3个气体继电器的出厂时间较为接近,均为1 9 9 9年至2 0 0 0年。统计上述5个破裂缺陷的干簧管,所有破口或裂纹均位于接点的引出线端。而接点引出线需穿过干簧管,此处特殊结构对其制造工艺要求较高。一旦制造工艺出现偏差,就极易在金属引线与玻璃干簧管间留下细微的裂纹缺陷隐患。气体继电器芯子长期浸泡在温度不断变化且具有一定压力的绝缘油中,热胀冷缩效应及油压的长期作用加剧了裂纹的发展,直至造成干簧管破裂。出厂的气体继电器在运输装箱前,为了确保其内部的干簧管不受损,一般会在测试按钮的闷盖螺母内放置一个保险装置。在气体继电器投入使用之前,再将该保险装置拆除。但在之后的气体继电器拆卸、运输、安装过程中,运维部门很少会安装此保险装置,拆装及运输过程的晃荡也极有可能造成气体继电器干簧管在原有裂纹缺陷基础上的进一步损坏。3.2干簧管破裂的危害气体继电器的接点两端,通常是一端为+1 1 0V(或+5 5V)直流电压,另一端为-1 1 0V(或-5 5V)直流电压,正负极之间距离很小,形成了直流电场。而变压器本体绝缘油内含有水分、纤维等杂质,其介电常数通常比变压器油大得多。变压器油在呼吸作用下不断地反复流经气体继电器,其中的杂质成分极易沿直流电场方向发生极化,部分杂质吸附在接点电极表面形成脏污层。正常运行时接点被干簧管有效保护,杂质无法直接侵入干簧管内部,接点引出线端又有绝缘护套包覆,杂质只吸附在护套(下转第1 0 6页)301电力设备 电工技术 信号通过D 2达林顿管放大后到D 4基极,R 4集电极电阻给D 2提供直流偏置,使电路工作在放大状态。D 4作为开关打开,将I O口电平拉到低电平,C 3滤波保证I O口电平的稳定。图1 0抗干扰电路图4抗干扰功能软件流程抗干扰的软件设计流程如图1 1所示。图1 1中断程序流程图5事件记录及上位机设计无线电干扰事件的事件记录数据格式见表1。表1无线电干扰事件的事件记录数据格式名称O B I S代码数据备注无线电次数9 8.1 8.0X X X X2个字节的B C D码无线电记录9 8.1 8.0*NNY YMMD DHHmm+X X X X X X X X X X开始时间+电量【1 0个B C D码】Y YMMD DHHmm+X X X X X X X X X X结束时间+电量【1 0个B C D码】上位机事件记录具体界面设计举例如图1 2所示。该例为掉电事件记录,无线电干扰事件记录具体数据格式与其相同。图1 2事件记录图6结语通过软件和硬件的配合,本文方法实现了对不同设计方案和需求的单相智能计量装置和单相普通计量装置上下电检测的稳定和可靠,为单相计量装置和平台电表的其他功能正常运行打下了坚实基础,已经在单相智能计量装置平台和单相普通计量装置平台应用,并同步提出了抗无线电干扰的硬件和软件设计方案。(上接第1 0 3页)表面,如图5所示。一旦干簧管破裂,特别是重瓦斯干簧管破裂,杂质就将侵入干簧管内部直接附着在裸露的电极表面(如图2所示),且在正负电极间易形成杂质小桥,造成接点间绝缘强度降低。当其绝缘强度低于一定值(通常在1 0M以下)后,将出现2.1节所述的主变跳闸事故。在2个缺陷案例中,干簧管虽然有破口,但接点间绝缘电阻测量结果均正常,可能原因为干簧管破口形成的时间不长,变压器本体内的杂质相对较少,杂质的积累需要较长时间。同样情况如果发生在有载分接开关上的气体继电器,那么在干簧管出现破口甚至只是引线护套错位时,其裸露的引线和接点更易吸附游离碳等杂质而引发跳闸事故。另一方面,如果重瓦斯干簧管破损程度严重至内部接点的支撑结构遭到破坏(如缺陷案例2所述),那么将直接引起接点误闭合,造成主变跳闸停运事故发生。4防范措施(1)结合主变保护定检和本体检修周期,开展气体继电器的定期检查和试验工作。有条件时可关闭气体继电器前后管道的阀门,将气体继电器内部的变压器油排空,再通过观察窗检查各干簧管内是否有进油情况来判断干簧管是否发生破裂缺陷。(2)结合主变停电机会,定期开展气体继电器接点间及接点对地的绝缘电阻测量工作。正常的气体继电器使用1 0 0 0V摇表测量的接点间及接点对地的绝缘电阻一般可达3 0 0M以上。若绝缘电阻值过低(1 0M以下),就需要引起关注,重点检查干簧管内的接点是否有脏污情况,必要时需更换气体继电器。(3)重点关注该德国公司在1 9 9 9年至2 0 0 0年期间生产的气体继电器,需考虑是否存在家族性或批次性的缺陷。(4)气体继电器在送检运输前,为了保证其内部的干簧管不受损,需在试验按钮的闷盖螺母内放置保险装置。在气体继电器再次投入使用前,再将该保险装置拆除。参考文献1 王楠,孙成,刘宝成,等.2 2 0k V变压器有载分接开关气体继电器故障分析J.变压器,2 0 1 4,5 1(6):7 4-7 6.2 周丹,杨贤,肖斌,等.气体继电器抗振性能的分析和改进J.变压器,2 0 1 5,5 2(1 2):4 9-5 1.3 单莉,向菲,兰玲,等.一例进口浮球式气体继电器引起的变压器跳闸事故分析J.变压器,2 0 1 3,5 0(5):6 2-6 3.601电工技术 电力设备