[科普中国]-瓦斯保护

瓦斯保护1是变压器内部故障的主保护，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，从油箱向油枕流动，其强烈程度随故障的严重程度不同而不同，反应这种气流与油流而动作的保护称为瓦斯保护，也叫气体保护。变压器在运行中，由于内部故障，有时候我们无法及时辨别和采取措施，容易引起一些事故，采取瓦斯继电器保护后，一定程度上避免了类似事件的发生。

瓦斯瓦斯是古代植物在堆积成煤的初期，纤维素和有机质经厌氧菌的作用分解而成。在高温、高压的环境中，在成煤的同时，由于物理和化学作用，继续生成瓦斯。 瓦斯是无色、无味的气体，但有时可以闻到类似苹果的香味，这是由于芳香族的碳氢气体同瓦斯同时涌出的缘故。瓦斯对空气的相对密度是0.554，在标准状态下瓦斯的密度为0.716kg/m³，瓦斯的渗透能力是空气的1.6倍，难溶于水，不助燃也不能维持呼吸，达到一定浓度时，能使人因缺氧而窒息，并能发生燃烧或爆炸。

瓦斯的主要成分是烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般还含有硫化氢、二氧化碳、氮和水气，以及微量的惰性气体，如氦和氩等。在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体。 如遇明火，即可燃烧，发生“瓦斯”爆炸，直接威胁着矿工的生命安全。

定义在气体保护继电器内，上部是一个密封的浮筒，下部是一块金属档板，两者都装有密封的水银接点。浮筒和档板可以围绕各自的轴旋转。在正常运行时，继电器内充满油，浮筒浸在油内，处于上浮位置，水银接点断开；档板则由于本身重量而下垂，其水银接点也是断开的。当变压器内部发生轻微故障时，气体产生的速度较缓慢，气体上升至储油柜途中首先积存于气体继电器的上部空间，使油面下降，浮筒随之下降而使水银接点闭合，接通延时信号，这就是所谓的“轻瓦斯”；当变压器内部发生严重故障时，则产生强烈的瓦斯气体，油箱内压力瞬时突增，产生很大的油流向油枕方向冲击，因油流冲击档板，档板克服弹簧的阻力，带动磁铁向弹簧触点方向移动，使水银触点闭合，接通跳闸回路，使断路器跳闸，这就是所谓的“重瓦斯”。重瓦斯动作，立即切断与变压器连接的所有电源，从而避免事故扩大，起到保护变压器的作用。

气体继电器有浮筒式、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。

规程规定：对于容量为800kVA及以上的油浸式变压器和400kVA及以上的车间内油浸式变压器，应装设瓦斯保护。

分类瓦斯保护一般分为轻瓦斯和重瓦斯两类。

轻瓦斯：变压器内部过热,或局部放电,使变压器油油温上升，产生一定的气体,汇集于继电器内,达到了一定量后触动继电器，发出信号。

重瓦斯：变压器内发生严重短路后，将对变压器油产生冲击，使一定油流冲向继电器的档板,动作于跳闸。

保护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。

变压器有载调压开关的瓦斯继电器与主变的瓦斯继电器作用相同、安装位置不同，型号不同。

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，安装时应注重：

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书，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，工程中答应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，布满油后从放气阀门放气。如油枕带有胶囊，应注重充油放气的方法，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。

试验项目气体继电器在安装使用前应作如下一些检验项目和试验项目：

1 一般性检验项目：

玻璃窗、放气阀、控针处和引出线端子等完整不渗油，浮筒、开口杯、玻璃窗等完整无裂纹。

2 试验项目

2.1 密封试验：整体加油压（压力为20mPa，持续时间为1h）试漏，应无渗透漏。

2.2 端子绝缘强度试验：出线端子及出线端子间耐受工频电压2000v，持续1min，也可用2500v兆欧表摇测绝缘电阻，摇测1min代替工频耐压，绝缘电阻应在300mΩ以上。

2.3 轻瓦斯动作容积试验：当壳内聚积250∽300cm3空气时，轻瓦斯应可靠动作。

2.4 重瓦斯动作流速试验。

日常巡视电力变压器运行规程DL/T572－95（以下简称“规程”）规定在变压器的日常巡视项目中首先应检查气体继电器内有无气体，对气体的巡视应注重以下几点：

1 气体继电器连接管上的阀门应在打开位置。

2 变压器的呼吸器应在正常工作状态。

3 瓦斯保护连接片投入应正确。

4 油枕的油位应在合适位置，继电器内布满油。

5 气体继电器防水罩一定牢固。

6 继电器接线端子处不应渗油，且应能防止雨、雪、灰尘的侵入，电源及其二次回路要有防水、防油和防冻的措施，并要在春秋二季进行防水、防油和防冻检查。

运行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：

2.1 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。

2.2 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。

2.3 在瓦斯保护及其二次回路上进行工作时。

2.4 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。

2.5 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。

3 在地震预告期间，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。

动作原因1 轻瓦斯动作的原因

1.1 因滤油、加油或冷却系统不严密以至空气进入变压器。

1.2 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

1.3 变压器故障产生少量气体

1.4 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。

1.5 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。

动作处理变压器瓦斯保护装置动作后，应马上对其进行认真检查、仔细分析、正确判定，立即采取处理措施。

1 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，是否因积聚空气、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体，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定变压器的故障性质。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定邦联性质，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，色谱分析判定为空气，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，则应综合判定确定变压器是否停运。

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，作出综合判定。

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。

安全措施瓦斯保护动作，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。

本词条内容贡献者为:

石季英 - 副教授 - 天津大学