有载分接开关气体继电器频繁动作的对策

探讨国产有载分接开关气体继电器频繁动作的对策

 

 

一.  概述

从二十世纪七十年代起，国内电力变压器就开始广泛使用有载分接开关（以下简称分接开关）进行电压调节。由于分接开关埋装在变压器油箱内，为防止带负载切换产生污油影响变压器整体油的绝缘性能，而将分接开关切换机构设置在一个单独的油室内。按照IEC60214和GB10230《有载分接开关》标准的要求，此油室应带单独的储油柜、吸湿器、油流控制继电器或压力继电器及过压释放装置等安全保护装置，以确保分接开关的安全运行。

电力行业标准DL/T574-95《有载分接开关运行维护导则》的4.1.2(4)条款提出了可以采用气体继电器(档板式)替代油流控制继电器作为保护继电器方案。气体继电器（俗称瓦斯继电器）安装在分接开关油室和储油柜之间，作为分接开关的主要保护装置。它兼有油流控制（俗称重瓦斯）和气体控制（俗称轻瓦斯）两大功能。

油流控制采用档板式结构。档板上有一通孔（φ10），切换机构正常变换时，触头断开电弧使油分解产生气体穿过档板孔，经管道到储油柜逸出。即使部分气体聚集在继电器内部时，也绝不会使档板冲开，造成重瓦斯动作。如果切换过程发生严重故障时，油室内产生大量气体使油发生涌流。当油流速超过继电器整定流速时，涌流冲开档板（重瓦斯动作），接通继电器跳闸接点，使有载调压变压器从电网中切除，起着防止事故扩大的作用。

气体控制采用浮筒式结构。切换机构正常变换时，触头断开电弧使油分解产生气体穿过档板孔，经管道到储油柜逸出。但部分气体聚集在继电器内部时，迫使继电器浮筒下降。当浮筒下降到整定位置时，接通信号接点，发出信号报警，提醒运行人员分析判断。若判断分接开关运行正常，可以通过放气使轻瓦斯信号复归。若判断分接开关运行异常，则停止调压操作和进行检修。

对于不同类型分接开关保护继电器配置情况，国内外分接开关基本配置状况见表1所列。从表中可以看出，国外分接开关都配置油流控制继电器或压力继电器，这两种继电器都没有轻瓦斯信号；而国产分接开关早期也是配置油流控制继电器，但在DL/T574-95《有载分接开关运行维护导则》颁布贯彻中，某些电力用户要求配置轻瓦斯(浮筒式), 重瓦斯(档板式)的气体继电器（以下简称气体继电器）作为分接开关保护继电器,并在运行中启用轻瓦斯信号报警功能。因此，国产分接开关运行中发生轻瓦斯频繁动作与发信报警的情况较多，所以,有必要探讨轻瓦斯频繁动作原因及规律，寻求相应的对策。

表1   国内外分接开关保护继电器基本配置状况

序	分接开关制造厂家及型号	配置气体继电器型号及管路口径	备注
1	德国MR公司 M型、V型分接开关	RS2001型油流控制继电器，管路口径1吋(φ25mm)，整定电流速1m/s±20%。
2	德国TU公司分接开关	油流控制继电器,口径1吋(φ25mm)，整定油流1m/s±20%。	此型分接开关停产
3	瑞典ABB公司分接开关	原配置压力继电器。对中国市场从2003年6月起改配置油流控制继电器，管路口径1吋(φ25mm)，整定电流速1m/s±20% 。
4	中国华明电力设备制造有限公司CM型、CV型分接开关	原配置油流控制继电器，管路口径φ25mm，整定油流1m/s±20%，自贯彻DL/T574-95导则后，用户要求配置气体继电器，管路口径φ25mm，整定油流速1m/s±20%，气体允许积聚数量＜250ml。
5	中国遵义长征电器一厂 ZY1A(M)型、FY30(V)型分接开关
6	中国吴江开关厂（沈阳变压器厂设计）SYXZ400/35~110分接开关	配置气体继电器，管路口径φ50mm，油流速整定范围0.6~1.2m/s，气体允许积聚量250~300ml。	此型分接开关停产
7	中国上海电力设备修造厂 SYJZZ型复合式分接开关	油流控制继电器，管路口径φ25mm，整定油流速1m/s±20%。	此型分接开关停产

二.  分析

从无锡供电公司对部分的分接开关运行中轻瓦斯频繁动作的统计资料(表2)以及华明公司售后服务统计资料中可以发现：自从分接开关配置气体继电器作为保护后，都有不同程度上出现轻瓦斯频繁动作的问题，且动作的间隔周期也呈现出一定的规律。从分接开关运行调压操作的情况及分接开关性能和质量方面进行分析，造成轻瓦斯频繁动作的原因如下：

1．分接开关利用过渡触头来转换负载电流，每当过渡触头开断时，触头间产生电弧。当电弧在油中燃烧时，因电弧高温作用，将油很快地蒸发成蒸汽和分解成气体而形成气泡。在气泡中分解的气体约占60～80%。这些气体主要由乙炔（C2H2）乙烯（C2H4）和氢气（H2），甚至少量甲烷（CH4）等组成。当气体达到充分饱和时，发现这些气体的浓度可以达到表3的程度。正由于这些气体的实际存在，随着气体的积聚量达到轻瓦斯动作速定值，轻瓦斯动作报警是必然的。

油因电弧高温分解产生气体量（平均值）与触头切换的级容量近似成正比。级容量等于分接间级电压与负载电流的乘积，级电压越高，负载电流越大，油分解形成的气泡越大，即产生的气体量越多。运行正常的分接开关，在负荷较重（负载电流IN＞250A），每天切换次数高于10次以上，轻瓦斯动作报警较为频繁。一般约一个月一次，最短10天左右就会有一次。

表2     无锡供电公司分接开关轻瓦斯动作统计资料

变电所主变容量	分接开关开型号	轻瓦斯信号报警情况
胡埭变电所 SZ9-50000/110       2台	CM型 IN＝330A	分接开关满负荷运行，每天调压操作10次以上，投运半年后轻瓦斯频繁动作，最短10天左右，开关吊检录波正常 油样耐压＞37kV。换油半年后又开始频繁动作，油样跟踪无异常变化（仍>40kV），目前仍正常运行和调压操作。
大庄里变电所 SZ9-50000/110      2台	CM型 IN＝262A	投运半年后轻瓦斯开始频繁报警，约一月左右一次，开关吊检录波正常，油样耐压＞36kV。换油半年后又发信，再次吊检正常，油样耐压＞40kV，认定分接开关正常。因无人值守，2002年初将瓦斯继电器更换为油流控制继电器，至今运行和调压操作正常。
盛岸里变电所 SZ9-50000/110	CM型 IN＝262A	投运半年后轻瓦斯开始频繁动作，约一月左右一次，开关吊检录波正常，油样耐压＞40kV。换油半年又开始发信，油样跟踪仍＞40kV，判断分接开关正常。允许继续调压操作，油样跟踪正常。至今运行正常。
殷巷变电所 SFZT-50000/110	ZY1A（M）型 IN＝262A	1991年投入使用轻瓦斯发信及开关吊检与上述相同，每次定期小修进行换油处理，油样跟踪周期按规定进行。去年三月安装分接开关滤油器，滤除碳杂质和水分，至今油样耐压＞44kV，效果显著，运行及调压操作正常。
鸿桥变电所 SFZT-31500/110	CV型 IN＝165A	1995年投运以来多次轻瓦斯动作，检测油样耐压合格后，作放气复归处理。在历次定期检修时发现因储油柜吸潮器除湿功能差，在储油柜内形成结露，水沿管路进入开关内形成锈迹，多次进行换油处理。去年安装在线净油装置后，效果显著。至今油样耐压大于40kV，今年十月吊检未发现水锈迹，运行及调压操作正常。

表3    油中电弧分解浓度比例

气体成份	气体浓度（μL/L）
乙炔（C2H2）	＞100000
乙烯（C2H4）	30000~40000
氢气（H2）	20000~30000

2．轻瓦斯频繁动作与油质性能好坏、调压操作次数有关。注入合格新油的正常分接开关，投运半年之内一般不发生轻瓦斯动作情况。半年过后，轻瓦斯就会开始动作，甚至频繁动作。这是因为注入新油绝缘性能好，含气量少，无游离碳，灭弧性能佳。随着有载调压次数增加，正常切换产生的气体增多，气体聚集达到整定值时，轻瓦斯就会动作。同时，随分接开关调压次数的增加，油的绝缘强度（简称油耐压）则下降（见图1）。

图1   切换操作下油的变化

当轻瓦斯发信时，则提示油中溶解气体已经饱和。这样分接开关经现场吊检和录波（示波图）未见明显异常，且油样耐压仍达到运行要求时，一般仅作放气复归处理和油样跟踪分析，仍可以继续进行调压操作。故此认为轻瓦斯信号的报警作用并不确切。随着分接开关继续调压操作，油中游离碳进一步增加，使油的绝缘性能不断下降和油的灭弧性能变差，由此开始油的劣化加速。当油的耐压低于30kV时，即应停止调压操作，进行换油及清洗处理。

3．轻瓦斯频繁动作与气体继电器安装管路水平倾斜角度有关。按气体继电器安装要求，气体继电器通往储油柜的管路水平倾斜度为2%，以便分接开关切换产生气体能顺畅通过管路从储油柜逸出。从华明售后服务统计中也发现部分气体继电器的管路安装没有倾斜度，甚至逆向倾斜，造成气体逸出的不畅或阻塞，而发生轻瓦斯频繁动作。例如某局一台SZ9-31500/110电力变压器采用CM分接开关，在纠正气体继电器安装水平倾斜度后，轻瓦斯频繁动作的现象大为减少。

4．轻瓦斯频繁动作与分接开关制造质量有关。分接开关载流触头接触压力偏小造成接触不良，在负载较重（IN＞250A）时，触头的过热促使油的热裂化产气速率增加。由于长期慢性产气，气体的积聚造成轻瓦斯频繁动作。但轻瓦斯发信周期与调压操作次数没有对应的关系，即使不进行调压操作，轻瓦斯照样也会频繁动作，而且还可能会有一个逐步加速的发展过程。分接开关触头接触不良的状况往往在变压器预防性试验（三相线圈直流电阻不平衡）和分接开关的油耐压跟踪中被容易检测到。例如武汉供电公司曾发现一台ZY1A（M）分接开关触头接触不良，检修时增加触头调整垫圈，提高了触头压力，从而轻瓦斯频繁动作现象大大减少。

5．当分接开关触头存在严重缺陷或切换机构存在缺陷导致切换过程断开、切换时间延长、或切换失败的情况，触头的烧损将产生大量气体造成油流涌动，使重瓦斯跳闸动作。此类突发性故障一般不会有多次轻瓦斯动作的可能。所以，分接开关轻瓦斯信号设置没有重瓦斯信号设置来的确切。

三.  对策

根据分接开关运行状况与轻瓦斯频繁动作之间对应关系的分析以及无锡供电公司对分接开关的运行维护经验，对配置气体继电器的国产分接开关在运行中轻瓦斯频繁动作的处理建议采用以下措施：

1．根据轻瓦斯发信间隔和油样分析跟踪，按表4采取不同处理措施。

表4.  轻瓦斯发信间隔与处理措施

发信次序	发 信 间 隔	处  理  措  施
首次		油样分析合格，放气复归，继续正常调压操作，按规定周期跟踪油样分析。油样分析不合格，吊检、换油及清洗处理。
第二次	大于一个月	可继续正常调压操作, 跟踪油样分析。
	不足一个月，操作少于250次	控制或停止调压，分析负荷及油样情况,决定是否调压操作。
第三次	间隔与前相近	考虑分接开关存在缺陷，进行吊检处理
	间隔明显延长	可认为分接开关正常，进行油样跟踪变化不大可继续调压操作。油样变劣进行换油。

2．油样的跟踪监测是分接开关运行状况的重要评判依据。检测油样应符合表5的技术指标。油样分析跟踪周期推荐每半年或调压操作满2000（到4000）次进行一次。

表5.  分接开关油的技术指标

     油的状况       分接开关电压等级           技    术    指    标

                          (kV)            耐压值（kV）        含水量（μL/L）

      新    油                              ≧50                 ≦10

                        ≧110               ≧30                 ﹤30

     运行中的油          ≦60               ≧25                 ﹤40

3．抽采分接开关油样应在调压操作后5～20分钟内进行，应采集是切换机构油室底部油样，注意放去管内的“死”油。如果进出不能分辨时，则要求两根都采集，以油的耐压值低的作为参考依据。

4．分接开关运行中的油耐压低于30kV时必须停止调压操作，进行油的再生处理或换油，同时必须对切换机构和油室进行清洗。对于无人值守或操作频繁的分接开关，可安装华明公司制造的ZXJY-1型在线净油装置（滤除游离碳和水分），或者结合变压器小修（周期为2年）给分接开关换油，以延长分接开关检修间隔的时间。

5．对于国产仿M或仿V型分接开关，经过一年正常运行后，进行检测，性能良好，可以将气体继电器更改为油流控制继电器，同时取消轻瓦斯信号。

无锡供电公司在2002年初将5台分接开关的气体继电器更换为油流控制继电器（取消轻瓦斯信号），到目前为止，均正常运行和调压操作。据此实践说明对除了轻瓦斯频繁动作外，其它检测（油耐压、线圈直流电阻、吊检、录波）都正常的分接开关，将气体继电器更换为油流控制继电器是可行的。

如果新的分接开关直接配置油流控制继电器，在变压器出厂试验与现场安装调试过程中必须加强分接开关调压操作特性测试，并经过一年正常运行后，重复检测性能基本不变，且运行中按正常的项目和周期对分接开关监测无异常变化，才能正确评估分接开关处于良好的运行状态。