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550kV主變壓器瓦斯繼電器故障分析與參數(shù)優(yōu)化

文檔作者：李娟文檔來(lái)源：中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)機(jī)電工程局		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年12月30日
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２０１７ 年第３ 期
２０１７ Ｎｕｍｂｅｒ ３
水電與新能源
ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ
總第１５３ 期
Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１５３
ＤＯＩ： １０．１３６２２ ／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２ －１８００／ｔｖ．１６７１ －３３５４．２０１７．０３．００５
收稿日期：２０１６ －１１ －１４ 作者簡(jiǎn)介：李　娟，女，工程師，從事水電站電氣設(shè)備的招標(biāo)采購(gòu)及技術(shù)管理工作。
５５０ ｋＶ 主變壓器瓦斯繼電器故障分析與參數(shù)優(yōu)化
李　娟
（中國(guó)長(zhǎng)江三峽集團(tuán)機(jī)電工程局，四川成都?。叮保埃埃矗保?
摘要：瓦斯保護(hù)是變壓器的主保護(hù)之一，對(duì)變壓器匝間和層間短路、鐵芯故障、套管內(nèi)部故障、繞組內(nèi)部斷線及絕緣劣化
和油面下降等故障均能靈敏動(dòng)作。以某電站５５０ｋＶ 主變區(qū)外故障導(dǎo)致瓦斯動(dòng)作事件為例，通過(guò)對(duì)事故原因的分析，提出
在區(qū)外故障時(shí)應(yīng)考慮瓦斯保護(hù)誤動(dòng)的可能性，并通過(guò)仿真計(jì)算，優(yōu)化了瓦斯保護(hù)整定值參數(shù)。
關(guān)鍵詞：瓦斯保護(hù)；誤動(dòng)；優(yōu)化參數(shù)
中圖分類號(hào)：ＴＭ４１　　　文獻(xiàn)標(biāo)志碼：Ａ　　　文章編號(hào)：１６７１ －３３５４（２０１７）０３ －００２０ －０３
Analysis of a Gas Relay Protection Mis-operation of
５５０ kV Main Transformer and Parameter Optimization
ＬＩ Ｊｕａｎ
（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ， Ｃｈｉｎａ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｃｈｅｎｇｄｕ ６１００４１， Ｃｈｉｎａ）
Abstract： Ｔｈｅ ｇａｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓ ｉｎ ａ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ， ｗｈｉｃｈ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｔｒｉｇｇｅｒｅｄ ｓｅｎｓｉｔｉｖｅｌｙ ｂｙ ｖａｒｉｏｕｓ
ｆａｕｌｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｓｈｏｒｔ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｔｕｒｎｓ ａｎｄ ｌａｙｅｒｓ ， ｉｒｏｎ ｃｏｒｅ ｆａｕｌｔ， ｉｎｔｅｒｎａｌ ｆａｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｕｓｈｉｎｇ，
ｉｎｔｅｒｎａｌ ｄｉｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ｗｉｎｄｉｎｇｓ， ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｉｌ ｓｕｒｆａｃｅ ｄｅｃｌｉｎｅ ．Ａ ｇａｓ ｒｅｌａｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｍｉｓ-ｏｐｅｒａｔｉｏｎ
ｏｆ ｔｈｅ ５５０ ｋＶ ｍａｉｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｉｎ ａ ｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｇａｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃｏｕｌｄ ｍｉｓ-ｏｐｅｒａｔｅｄ
ｄｕｅ ｔｏ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｆａｕｌｔｓ．Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｌｙ， ｔｈｅ ｓｅｔｔｉｎｇ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇａｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｒｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ． Key words： ｇａｓ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ； ｍｉｓ-ｏｐｅｒａｔｉｏｎ； ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
　　瓦斯保護(hù)是變壓器內(nèi)部故障的主要保護(hù)元件，是
反應(yīng)主變油箱內(nèi)繞組短路故障及異常的主保護(hù)，安全、
可靠的運(yùn)行是其必要條件，特別是５５０ｋＶ 及以上的大
型變壓器的瓦斯保護(hù)動(dòng)作及參數(shù)修正、優(yōu)化應(yīng)引起高
度重視。因此，定期對(duì)瓦斯繼電器的參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)和
優(yōu)化對(duì)變壓器的安全運(yùn)行具有舉足重輕的作用。
本文以某電站５５０ｋＶ 主變區(qū)外故障導(dǎo)致瓦斯動(dòng)
作事件為例，通過(guò)對(duì)事故原因的分析，提出在區(qū)外故障
時(shí)應(yīng)考慮瓦斯保護(hù)誤動(dòng)的可能性，并通過(guò)仿真計(jì)算優(yōu)
化參數(shù)。
１　事故回顧及應(yīng)急措施
1．1　事故回顧
２０１５ 年４ 月，某電站５００ｋＶ 系統(tǒng)發(fā)生單相接地短
路故障，導(dǎo)致１ 號(hào)Ｂ、６ 號(hào)Ｂ 變壓器Ｂ 相重瓦斯動(dòng)作出
口，１ 號(hào)ＦＢ、６ 號(hào)ＦＢ 退出運(yùn)行，主變高壓側(cè)峰值電流見(jiàn)
表１。
表1　主變高壓側(cè)電流ｋＡ　
運(yùn)行編號(hào)Ａ Ｂ Ｃ 備注
１Ｂ １．４２７ ８．１６９ ２．２０３ ２Ｂ １．４５３ ８．１４６ ２．１９０ ３Ｂ － － － 檢修中
４Ｂ １．４５９ ８．２１５ ２．２００ ５Ｂ １．４３９ ８．１６０ ２．１６２ ６Ｂ １．４６１ ８．１６４ ２．２０３ ７Ｂ １．４４３ ８．１８２ ２．０７８ ８Ｂ ３．９３９ － ３．７２６ 激磁涌流 ９Ｂ １．３２７ ８．２１７ ２．０８７ ２０ 萬(wàn)方數(shù)據(jù)
李　娟：５５０ｋＶ 主變壓器瓦斯繼電器故障分析與參數(shù)優(yōu)化２０１７ 年３ 月
1．2　應(yīng)急措施
根據(jù)相關(guān)規(guī)定，瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘時(shí)，在查明原因
消除故障前不得將變壓器投入運(yùn)行。為查明原因重點(diǎn)
考慮以下因素，以便做出綜合判斷［１］ ：
１）是否呼吸不順暢或排氣未盡；
２）保護(hù)及直流等二次回路是否正常；
３）變壓器外觀有無(wú)明顯反映故障性質(zhì)的異常
現(xiàn)象；
４）氣體繼電器中積極氣體量，是否可燃；
５）氣體繼電器中的氣體和有種溶解氣體的色譜
分級(jí)結(jié)果；
６）必要的電氣試驗(yàn)結(jié)果；
７）變壓器其他繼電保護(hù)裝置動(dòng)作情況。
因此，第一時(shí)間對(duì)１ 號(hào)Ｂ 和６ 號(hào)Ｂ 作了全面檢
查，檢查結(jié)果如下：
１）外觀檢查：壓力釋放閥未動(dòng)作，輕瓦斯未動(dòng)作
（瓦斯繼電器內(nèi)未發(fā)現(xiàn)氣體），油箱無(wú)變形，油位正常，
１ 號(hào)Ｂ、６ 號(hào)Ｂ 的Ｂ 相油溫分別上升０．２９１Ｋ、０．３３７Ｋ
（Ａ、Ｃ 相均無(wú)變化），二次回路外觀及絕緣正常。
２）試驗(yàn)項(xiàng)目：油色譜、繞組變形、直流電阻、線圈
絕緣，鐵芯及夾件絕緣等，測(cè)試數(shù)據(jù)均正常。試驗(yàn)報(bào)告
見(jiàn)表２、３、４、５。
表2　1 號(hào)B 高壓側(cè)繞組變形頻響測(cè)試
名稱
低頻
ＲＬＦ
中頻
ＲＭＦ
高頻
ＲＨＦ
分析
結(jié)論
Ｒ１２ 高壓側(cè) ＯＡ －高壓側(cè) ＯＢ ２．８９ ２．５０ ２．０８ 正常 Ｒ２３ 高壓側(cè) ＯＡ －高壓側(cè) ＯＣ ２．７１ ２．４３ １．６３ 正常 Ｒ１３ 高壓側(cè) ＯＢ －高壓側(cè) ＯＣ ２．４５ ２．７９ ２．２２ 正常 　?。常┍敬蝿?dòng)作的重瓦斯繼電器在投運(yùn)前檢驗(yàn)合格，
本次動(dòng)作后拆下送檢，動(dòng)作正常。根據(jù)故障發(fā)生后對(duì)
變壓器和繼電器的檢查和試驗(yàn)結(jié)果，可以判斷變壓器
設(shè)備狀況良好。
表3　6 號(hào)B 高壓側(cè)繞組變形頻響測(cè)試
名稱
低頻
ＲＬＦ
中頻
ＲＭＦ
高頻
ＲＨＦ
分析
結(jié)論
Ｒ１２ 高壓側(cè) ＯＡ－高壓側(cè) ＯＢ ２．８３ １．９３ ０．９８ 正常 Ｒ２３ 高壓側(cè) ＯＡ－高壓側(cè) ＯＣ ２．４４ １．３４ ２．３８ 正常 Ｒ１３ 高壓側(cè) ＯＢ－高壓側(cè) ＯＣ ２．９３ １．７２ １．００ 正常 表4　1 號(hào)B 油色譜分析
設(shè)備名稱１ 號(hào)Ｂ 主變壓器本體
試驗(yàn)性質(zhì)檢查性試驗(yàn)取樣日期２０１５ －０４ －０１ 電壓等級(jí)５００ｋＶ 試驗(yàn)日期２０１５ －０４ －０１ 試驗(yàn)結(jié)果（單位：μｌ／Ｌ）
組分
相別
Ａ 相
下部
Ｂ 相
下部
Ｃ 相
下部
Ｂ 相
上部
Ｂ 相
中部
注意值
氫氣 Ｈ２ １０．８１ ９．８２ １０．１９ １０．２５ １０．３２ ≤１５０ 甲烷 ＣＨ４ １．５１ １．３６ １．４ １．５３ １．４７ 乙烷 Ｃ２Ｈ６ ０．１７ ０．１９ ０．２１ ０．２１ ０．２１ 乙烯 Ｃ２Ｈ４ ０．１９ ０．１６ ０．１８ ０．１８ ０．１９ 乙炔 Ｃ２Ｈ２ ０ ０ ０ ０ ０ ≤１ 一氧化碳ＣＯ ９４．３６ ８２．８２ ８７．９９ ８６．７１ ９２．０２ 二氧化碳ＣＯ２３８８．３４ ３５６．８３ ３５９．５７ ３５９．２５ ３６９．４８ 總烴ΣＣＨ １．８７ １．７１ １．７９ １．９２ １．８７ ≤１５０ 試驗(yàn)分析： 合格
２１ 萬(wàn)方數(shù)據(jù)
水電與新能源２０１７ 年第３ 期
表5　6 號(hào)B 油色譜分析
設(shè)備名稱６ 號(hào)Ｂ 主變壓器本體
試驗(yàn)性質(zhì)檢查性試驗(yàn)取樣日期２０１５ －０４ －０１ 電壓等級(jí)５００ｋＶ 試驗(yàn)日期２０１５ －０４ －０１ 試驗(yàn)結(jié)果（單位：μｌ／Ｌ）
組分
相別
Ａ 相Ｂ 相Ｃ 相Ｂ 相
上部
Ｂ 相
中部
注意值
氫氣Ｈ２ １４．２６ １３．５９ １３．８８ １４．４８ １４．７４ ≤１５０ 甲烷 ＣＨ４ １．５２ １．７４ １．８８ １．６０ １．６４ 乙烷Ｃ２Ｈ６ ０．２７ ０．３３ ０．３１ ０．２３ ０．２９ 乙烯Ｃ２Ｈ４ ０．１７ ０．１６ ０．１４ ０．１９ ０．１８ 乙炔Ｃ２Ｈ２ ０ ０ ０ ０ ０ ≤１ 一氧化碳ＣＯ ８６．５５ ８３．０８ ８１．０２ ８７．８２ ８９．２６ 二氧化碳ＣＯ２４１４．５６ ４０４．８５ ４９３．５９ ４６９．７２ ４３７．３７ 總烴ΣＣＨ １．９６ ２．２３ ２．３３ ２．０２ ２．１１ ≤１５０ 試驗(yàn)分析： 合格
２　原因分析
電站主變額定電壓５５０ｋＶ，額定容量８６０ＭＶＡ，為
組合式三相變壓器，采用的是德國(guó)ＥＭＢ 公司ＢＣ －８０
型雙浮子瓦斯繼電器。近年來(lái)電網(wǎng)公司發(fā)生多次瓦斯
繼電器動(dòng)作的類似事件，其主要原因就是繼電器誤動(dòng)
作，因此可以判定此次主變跳閘也屬瓦斯繼電器誤動(dòng)。
造成繼電器誤動(dòng)的主要原因分析如下。
１）變壓器出口短路強(qiáng)電流沖擊
本次短路故障是由高壓出線處單相對(duì)地短路引起
的，屬于變壓器出口近區(qū)短路的嚴(yán)重短路工況，短路電
流峰值達(dá)到了８．２ｋＡ，約為設(shè)計(jì)值的５５％，相當(dāng)于國(guó)
標(biāo)最大短路沖擊電流的７０％（根據(jù)電網(wǎng)情況，本比例
考慮系統(tǒng)阻抗），而且此臺(tái)變壓器容量為８６０ＭＶＡ，所
以短路時(shí)的能量引起的油流涌動(dòng)與變壓器振動(dòng)情況都
會(huì)比常規(guī)變壓器影響嚴(yán)重的多，由此引起瓦斯繼電器
誤動(dòng)的可能性更大。
２）瓦斯繼電器整定誤差
標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于瓦斯繼電器油速整定值指出“每種規(guī)格
繼電器的最大油速和最小油速各測(cè)３ 次。每次試驗(yàn)，
跳閘接點(diǎn)均應(yīng)可靠動(dòng)作，指示裝置應(yīng)穩(wěn)定地發(fā)出信號(hào)。
?。?次的平均值為整定值，當(dāng)標(biāo)尺的油速值與速定值
之差不大于±０．１ ｍ／ｓ，且每次試驗(yàn)值與整定值之差不
大于±０．０５ ｍ／ｓ 時(shí)，則認(rèn)為合格?？梢钥闯觯咚估^
電器自身也存在整定誤差。
上述兩點(diǎn)原因，第１）條是瓦斯繼電器誤動(dòng)的外
因，這也是正常運(yùn)行或合閘涌流時(shí)瓦斯繼電器沒(méi)有誤
動(dòng)的原因。第２）條則可以理解為內(nèi)因，此點(diǎn)可以從本
次故障引起的瓦斯繼電器誤動(dòng)的特點(diǎn)得到證實(shí)：在短
路時(shí)８ 組瓦斯繼電器只有１ 號(hào)Ｂ 和６ 號(hào)Ｂ 動(dòng)作。
上述分析說(shuō)明瓦斯繼電器流速整定值存在一定的
缺陷，因?yàn)樽儔浩鹘鼌^(qū)短路屬于外部故障，即使到國(guó)標(biāo)
規(guī)定的外部短路引起的最大短路電流時(shí)，瓦斯繼電器
也不應(yīng)該誤動(dòng)。
３　瓦斯繼電器整定值優(yōu)化
3．1　整定值選擇依據(jù)
關(guān)于瓦斯繼電器整定值有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)指
出繼電器動(dòng)作條件有以下兩點(diǎn)［２］ ：
１）當(dāng)８０ 型氣體繼電器內(nèi)積聚氣體數(shù)量達(dá)到
２５０ ～３００ ｍｌ 時(shí)，信號(hào)接點(diǎn)應(yīng)接通， 容積刻度偏差
為±１０％；
２）管路通徑在８０ ｍｍ 時(shí)油速整定范圍?。埃?～
１．５ ｍ／ｓ。
變壓器設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于該電站主變瓦斯繼電器整定
值的選取，除嚴(yán)格遵循了上述標(biāo)準(zhǔn)外，制造廠還根據(jù)產(chǎn)
品冷卻方式、油路特點(diǎn)與ＥＭＢ 瓦斯繼電器本身性能參
數(shù)進(jìn)行了分析，并參考同時(shí)期行業(yè)經(jīng)驗(yàn)，最終確定選擇
１．０ ｍ／ｓ 為整定值。
3．2　參數(shù)優(yōu)化
制造廠針對(duì)此次區(qū)外短路引起的瓦斯繼電器動(dòng)作
進(jìn)行了仿真計(jì)算，根據(jù)仿真計(jì)算和實(shí)際動(dòng)作情況推斷，
此次短路工況下Ｂ 相重瓦斯繼電器處油流瞬時(shí)流速
約為０．９３ ｍ／ｓ，最大短路工況下（國(guó)標(biāo)要求值）瓦斯繼
電器處油流瞬時(shí)流速最大不超過(guò)１．２ ｍ／ｓ。０．９３ ｍ／ｓ
的流速與該電站瓦斯保護(hù)整定值１．０ ｍ／ｓ 接近，誤差
只有７％，非常接近，最大不超過(guò)１．２ ｍ／ｓ 的結(jié)果具有
參考意義。
按最大短路工況下瓦斯繼電器處油流瞬時(shí)流速低
于１．２ ｍ／ｓ，并考慮計(jì)算誤差，綜合考慮行業(yè)經(jīng)驗(yàn)及瓦
斯保護(hù)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求選取，并考慮了變壓器內(nèi)部
故障時(shí)的保護(hù)功能可以有效動(dòng)作，將瓦斯保護(hù)整定值
調(diào)整至１．３ ｍ／ｓ。
４　結(jié)　語(yǔ)
瓦斯保護(hù)是油浸式電力變壓器的主要保護(hù)之一，
是確保變壓器安全穩(wěn)定運(yùn)行的有效技術(shù)措施。所以確
保瓦斯保護(hù)的正確動(dòng)作很重要，這就對(duì)我們的日常維
護(hù)、定期檢修工作提出了更高的要求。
參考文獻(xiàn)：
［１］ＤＬ／Ｔ５７２ －２０１０， 電力變壓器運(yùn)行規(guī)程［Ｓ］
［２］ＪＢ／Ｔ９６４７ －１９９９， 氣體繼電器［Ｓ］

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