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摘要：变压器瓦斯保护作为变压器的主保护之一，能反应变压器内部各种类型的故障，具有动作快、灵敏度高、结构简单等特点，本文介绍了变压器瓦斯保护的工作原理，同时介绍了变压器瓦斯保护动作原因及分析处理过程，对防止瓦斯保护误动提出了防范措施。
关键词：瓦斯保护;轻瓦斯;重瓦斯 ;气体继电器
中图分类号：TM4文献标识码： A
Abstract:Transformer gas protection as the main protection of transformer internal fault, to various types of reaction of transformer, has the characteristics of fast operation, high sensitivity, simple structure and so on. This paper introduces the working principle of transformer gas protection, and introduces the transformer gas protection action analysis and processing, to prevent gas protection malfunction and put forward some countermeasures measures.
Keywords: Gas protection ;Light gas; Heavy gas ;Gas relay
一、概述
（一）什么是变压器的瓦斯保护
瓦斯保护是反应变压器油箱内部气体和油流而动作的保护。在变压器油箱内部发生故障时，由于故障点电流和电弧的作用，变压器油及其他绝缘材料因局部受热而分解产生的可燃性气体，人们将这种可燃性气体统称为瓦斯气体，它们将从油箱流向油枕的上部，当严重故障时，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这些特点，可以构成反应上述气体而动作的保护装置，称为瓦斯保护。
（二）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。运行中要求容量在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。
二、变压器瓦斯保护的工作原理
（一）气体继电器的结构
瓦斯保护的测量继电器是气体继电器。气体继电器主要有浮筒式、档板式、开口杯式等不同型号。目前高电压等级大多采用QJ-80型继电器，其信号回路接上开口杯，跳闸回路接下档板。
如图1所示，气体继电器安装于变压器油箱与油枕之间，为了防止变压器内储存气体，同时为了在故障时便于气体迅速可靠地冲入气体继电器，保证气体继电器快速正确动作，所以要求沿气体继电器的方向，变压器大盖坡度应为1%—1.5%，这个坡度在变压器出厂之前就已经设计好了，另一个是从油箱到油枕连接管的坡度为2%—4%的角度。
图1瓦斯继电器安装位置图（1-气体继电器；2-油枕）
图2为QJ-80型气体继电器的内部结构图：
图2QJ-80型气体继电器结构图
1-罩；2-顶针；3-气塞；4-磁铁；5-开口杯；6-重锤；7-探针；8-开口销；9-弹簧；10-挡板；11-磁铁；12-螺杆；13-干簧接点（重瓦斯）；14-调节杆；15-干簧接点（轻瓦斯）；16-套管；17-排气口
（二）瓦斯保护动作过程
如图3所示，正常工作时，继电器开口杯中充满了油，开口杯浸在油内，处于上浮位置，干簧触点断开。
轻瓦斯保护动作过程。轻瓦斯继电器由开口杯、干簧接点等组成，作用于信号。当变压器油箱内部发生轻微故障时，少量气体将聚集在继电器的顶部，使继电器内的油面下降，开口杯露出油面，由于开口杯自身重量加上杯内的油重量所产生的力矩大于平衡锤产生的力矩，因此开口杯向下转动，当固定在开口杯上的磁铁随开口杯下降到接近干簧触点时，该触点闭合发出轻瓦斯动作信号。轻瓦斯按气体容积进行整定，整定范围为250-300cm³，一般整定在250cm³。
重瓦斯保护动作过程。重瓦斯继电器由挡板、弹簧、干簧接点等组成，作用于跳闸。当油箱内部发生严重故障时，就会产生大量的气体并伴随着油流冲击挡板，当油流速度达到继电器的整定值时，挡板被冲到一定的位置，固定在挡板上的磁铁就向干簧触点靠近，使该触点闭合，该触点闭合动作于断路器跳
正常情况
轻瓦斯
保护
重瓦斯
保护
严重漏油
图3瓦斯保护动作原理图
闸。重瓦斯按油流速度进行整定，整定范围为0.6-1.5m/s，根据各个厂家的不同略有差异。
当变压器出现严重漏油使油面降低时，首先上开口杯露出油面，发“轻瓦斯“信号；继而下开口杯露出油面后，发“重瓦斯”动作信号并发出跳闸脉冲，以保护变压器，这种情况比较少见，一般在轻瓦斯发信后就要立即检查、分析、处理，等不到重瓦斯动作。
瓦斯保护二次原理接线图如图4所示，气体继电器KG的接点KG1为重瓦斯接点，动作于跳闸；接点KG2为轻瓦斯接点，动作于发信。当变压器油箱内发生严重故障时，由于油流的不稳定可能造成干簧继电器接点的抖动，此时为使断路器可靠跳闸，节点KG1闭合后应经信号继电器KS1启动具有电流自保持线圈的出口中间继电器KCO，其动合接点KCO1和KCO2闭合并由其电流自保持线圈保持闭合状态，于是变压器两侧断路器的跳闸线圈Y1、Y2接通，即可靠跳开变压器两侧断路器QF1、QF2.两侧断路器跳闸后由中间继电器辅助触点QF1、QF2来自动解除出口回路的自保持。此外，为防止变压器换油或进行实验时引起重瓦斯保护误动作跳闸，可利用切换片XB将跳闸回路切换到信号回路。
图4瓦斯保护二次原理接线图（a）及直流二次回路展开图（b）
三、变压器瓦斯保护动作分析及处理
为了方便理解，对于变压器瓦斯保护的动作原因做了如下的一个思维导图。
图5变压器瓦斯保护动作原因图
从图中可以看出，轻瓦斯的动作原因分别是处理油时进入空气，这里所指的处理油包括补油、滤油、换油，这个过程中如果进入空气，将会使轻瓦斯动作于发信。油面下降，引起油面下降的主要有温度骤变或者漏油等。或者油箱内部轻微故障产生少量气体引起轻瓦斯动作，或者瓦斯继电器二次接地或是绝缘损坏等，都有可能引起轻瓦斯动作。引起重瓦斯動作的主要原因是变压器内部严重故障。比如相间短路、匝间短路、铁心故障、严重过负荷以及内部出现的其他严重故障。
作为变电运行人员，在发变压器轻瓦斯动作以后应立即向调度或上级部门汇报，并且复归信号。然后进行现场检查，检查变压器温度、油位、声音、电流、负荷等的变化，判断内部是否有轻微故障。如果是变压器油位过低引起，则通过补油等措施恢复正常油位。检查变压器本体及强迫油循环冷却系统是否漏油。如有漏油，可能有空气浸入，应消除漏油。当出现信号的同时发现变压器电流不正常，应停用该变压器。若积气，通过有色谱在线分析系统能快速查出故障原因，若是没有有色谱在线分析系统，应立即抓紧时间记录气体量，并取气进行油色谱分析，根据分析情况来判断故障。若是没有积气，则考虑直流系统接地以及二次回路故障造成误报警。此时，应将重瓦斯保护由跳闸改投信号，并由继电保护人员检查处理，正常后再将重瓦斯保护投跳闸位置。一定要注意监视变压器的负荷变化，发现问题及时与调度联系，随时做好停主变的准备。
在没有有色谱在线监测系统的情况下，发现有气体聚集需要取气时，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。
若是重瓦斯动作，首先要检查外壳有无变形，焊缝是否开裂、防爆管是否破裂喷油，油位、油温、油色有无变化，若是有气体，也要收集瓦斯繼电器内的气体并做色谱分析，如无气体，应检查二次回路各瓦斯继电器的接线柱及引线绝缘是否良好；如果经检查未发现任何异常，而确系因二次回路故障引起误动作时，可在差动、过流保护投入的情况下将重瓦斯保护退出，试送变压器并加强监视；切记,重瓦斯保护的动作原因没有查清前，不得合闸送电!
四、变压器瓦斯保护误动防范措施
变压器瓦斯保护灵敏度高、安装接线简单、动作迅速，但是抗外界干扰能力较差，因此为了提高瓦斯保护动作可靠性，提出如下防范措施。
1.气体继电器的安装。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，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。气体继电器应水平安装，顶盖上箭头应指向油枕，为了不妨碍气体的流通，变压器安装时应使顶盖沿瓦斯继电器的方向与水平面具有1%—1.5%的升高坡度，通往继电器的连接管具有2%—4%的升高坡度。
2.保护接线。进行保护接线时，应防止接错或短路，避免带电操作。
3.继电器应具备防振、防雨和防潮功能。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，瓦斯继电器引出线应采用防油线。
4.反复排除变压器本体内的气体。变压器瓦斯继电器安装好以后，要反复排除变压器本体内的气体，以防瓦斯保护误动作。
5.严禁频繁启停潜油泵。这里主要针对检修人员在查找水冷系统故障或恢复运行过程中，严禁频繁启停潜油泵。
6.根据需要调整保护方式。继电器应根据不同的运行、检修方式及时调整继电器的保护方式，并尽快恢复。这里主要指的是，a进行注油和滤油时；b进行呼吸器畅通工作或更换硅胶时；c除采油样和气体继电器上部放气阀放气外，在其他所有地方打开放气、放油和进油阀门时；d开、闭气体继电器连接管上的阀门时；e在瓦斯保护及其二次回路上进行工作时，在上述工作完毕后，经1h试运行后，方可将重瓦斯投入跳闸。
7.地震引起重瓦斯动作停运的变压器，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。
8.气体继电器发信或动作跳闸时，应进行相应电气试验，并取气样进行必要的分析，综合判断变压器故障性质，决定是否投运。
五、结语
变压器瓦斯保护作为变压器主保护之一，肩负着变压器乃至电网安全稳定运行的重任。掌握变压器瓦斯保护的工作原理，熟悉瓦斯保护动作的原因以及处理方法，了解变压器瓦斯保护误动的防范措施，对于变电运行人员来说，将能轻松应对设备运行过程中出现的各种问题，确保电网安全稳定运行。
参考文献
【1】曾贤．主变压器重瓦斯保护动作原因分析及处理.电力安全技术.2007
【2】王飞.浅谈变压器瓦斯保护.内蒙古科技与经济.2008
【3】贺家李，李永丽，董新洲，李斌.电力系统继电保护原理（第四版）. 中国电力出版社2010.08
作者简介：
王覃梅（1986.09-），女，助理工程师，2010年毕业于三峡大学电气工程及其自动化专业，现就业于云南电网公司昭通供电局变电管理所运行部，从事变电运行工作。
关键词：瓦斯保护;轻瓦斯;重瓦斯 ;气体继电器
中图分类号：TM4文献标识码： A
Abstract:Transformer gas protection as the main protection of transformer internal fault, to various types of reaction of transformer, has the characteristics of fast operation, high sensitivity, simple structure and so on. This paper introduces the working principle of transformer gas protection, and introduces the transformer gas protection action analysis and processing, to prevent gas protection malfunction and put forward some countermeasures measures.
Keywords: Gas protection ;Light gas; Heavy gas ;Gas relay
一、概述
（一）什么是变压器的瓦斯保护
瓦斯保护是反应变压器油箱内部气体和油流而动作的保护。在变压器油箱内部发生故障时，由于故障点电流和电弧的作用，变压器油及其他绝缘材料因局部受热而分解产生的可燃性气体，人们将这种可燃性气体统称为瓦斯气体，它们将从油箱流向油枕的上部，当严重故障时，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这些特点，可以构成反应上述气体而动作的保护装置，称为瓦斯保护。
（二）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。运行中要求容量在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。
二、变压器瓦斯保护的工作原理
（一）气体继电器的结构
瓦斯保护的测量继电器是气体继电器。气体继电器主要有浮筒式、档板式、开口杯式等不同型号。目前高电压等级大多采用QJ-80型继电器，其信号回路接上开口杯，跳闸回路接下档板。
如图1所示，气体继电器安装于变压器油箱与油枕之间，为了防止变压器内储存气体，同时为了在故障时便于气体迅速可靠地冲入气体继电器，保证气体继电器快速正确动作，所以要求沿气体继电器的方向，变压器大盖坡度应为1%—1.5%，这个坡度在变压器出厂之前就已经设计好了，另一个是从油箱到油枕连接管的坡度为2%—4%的角度。
图1瓦斯继电器安装位置图（1-气体继电器；2-油枕）
图2为QJ-80型气体继电器的内部结构图：
图2QJ-80型气体继电器结构图
1-罩；2-顶针；3-气塞；4-磁铁；5-开口杯；6-重锤；7-探针；8-开口销；9-弹簧；10-挡板；11-磁铁；12-螺杆；13-干簧接点（重瓦斯）；14-调节杆；15-干簧接点（轻瓦斯）；16-套管；17-排气口
（二）瓦斯保护动作过程
如图3所示，正常工作时，继电器开口杯中充满了油，开口杯浸在油内，处于上浮位置，干簧触点断开。
轻瓦斯保护动作过程。轻瓦斯继电器由开口杯、干簧接点等组成，作用于信号。当变压器油箱内部发生轻微故障时，少量气体将聚集在继电器的顶部，使继电器内的油面下降，开口杯露出油面，由于开口杯自身重量加上杯内的油重量所产生的力矩大于平衡锤产生的力矩，因此开口杯向下转动，当固定在开口杯上的磁铁随开口杯下降到接近干簧触点时，该触点闭合发出轻瓦斯动作信号。轻瓦斯按气体容积进行整定，整定范围为250-300cm³，一般整定在250cm³。
重瓦斯保护动作过程。重瓦斯继电器由挡板、弹簧、干簧接点等组成，作用于跳闸。当油箱内部发生严重故障时，就会产生大量的气体并伴随着油流冲击挡板，当油流速度达到继电器的整定值时，挡板被冲到一定的位置，固定在挡板上的磁铁就向干簧触点靠近，使该触点闭合，该触点闭合动作于断路器跳
正常情况
轻瓦斯
保护
重瓦斯
保护
严重漏油
图3瓦斯保护动作原理图
闸。重瓦斯按油流速度进行整定，整定范围为0.6-1.5m/s，根据各个厂家的不同略有差异。
当变压器出现严重漏油使油面降低时，首先上开口杯露出油面，发“轻瓦斯“信号；继而下开口杯露出油面后，发“重瓦斯”动作信号并发出跳闸脉冲，以保护变压器，这种情况比较少见，一般在轻瓦斯发信后就要立即检查、分析、处理，等不到重瓦斯动作。
瓦斯保护二次原理接线图如图4所示，气体继电器KG的接点KG1为重瓦斯接点，动作于跳闸；接点KG2为轻瓦斯接点，动作于发信。当变压器油箱内发生严重故障时，由于油流的不稳定可能造成干簧继电器接点的抖动，此时为使断路器可靠跳闸，节点KG1闭合后应经信号继电器KS1启动具有电流自保持线圈的出口中间继电器KCO，其动合接点KCO1和KCO2闭合并由其电流自保持线圈保持闭合状态，于是变压器两侧断路器的跳闸线圈Y1、Y2接通，即可靠跳开变压器两侧断路器QF1、QF2.两侧断路器跳闸后由中间继电器辅助触点QF1、QF2来自动解除出口回路的自保持。此外，为防止变压器换油或进行实验时引起重瓦斯保护误动作跳闸，可利用切换片XB将跳闸回路切换到信号回路。
图4瓦斯保护二次原理接线图（a）及直流二次回路展开图（b）
三、变压器瓦斯保护动作分析及处理
为了方便理解，对于变压器瓦斯保护的动作原因做了如下的一个思维导图。
图5变压器瓦斯保护动作原因图
从图中可以看出，轻瓦斯的动作原因分别是处理油时进入空气，这里所指的处理油包括补油、滤油、换油，这个过程中如果进入空气，将会使轻瓦斯动作于发信。油面下降，引起油面下降的主要有温度骤变或者漏油等。或者油箱内部轻微故障产生少量气体引起轻瓦斯动作，或者瓦斯继电器二次接地或是绝缘损坏等，都有可能引起轻瓦斯动作。引起重瓦斯動作的主要原因是变压器内部严重故障。比如相间短路、匝间短路、铁心故障、严重过负荷以及内部出现的其他严重故障。
作为变电运行人员，在发变压器轻瓦斯动作以后应立即向调度或上级部门汇报，并且复归信号。然后进行现场检查，检查变压器温度、油位、声音、电流、负荷等的变化，判断内部是否有轻微故障。如果是变压器油位过低引起，则通过补油等措施恢复正常油位。检查变压器本体及强迫油循环冷却系统是否漏油。如有漏油，可能有空气浸入，应消除漏油。当出现信号的同时发现变压器电流不正常，应停用该变压器。若积气，通过有色谱在线分析系统能快速查出故障原因，若是没有有色谱在线分析系统，应立即抓紧时间记录气体量，并取气进行油色谱分析，根据分析情况来判断故障。若是没有积气，则考虑直流系统接地以及二次回路故障造成误报警。此时，应将重瓦斯保护由跳闸改投信号，并由继电保护人员检查处理，正常后再将重瓦斯保护投跳闸位置。一定要注意监视变压器的负荷变化，发现问题及时与调度联系，随时做好停主变的准备。
在没有有色谱在线监测系统的情况下，发现有气体聚集需要取气时，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。
若是重瓦斯动作，首先要检查外壳有无变形，焊缝是否开裂、防爆管是否破裂喷油，油位、油温、油色有无变化，若是有气体，也要收集瓦斯繼电器内的气体并做色谱分析，如无气体，应检查二次回路各瓦斯继电器的接线柱及引线绝缘是否良好；如果经检查未发现任何异常，而确系因二次回路故障引起误动作时，可在差动、过流保护投入的情况下将重瓦斯保护退出，试送变压器并加强监视；切记,重瓦斯保护的动作原因没有查清前，不得合闸送电!
四、变压器瓦斯保护误动防范措施
变压器瓦斯保护灵敏度高、安装接线简单、动作迅速，但是抗外界干扰能力较差，因此为了提高瓦斯保护动作可靠性，提出如下防范措施。
1.气体继电器的安装。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，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。气体继电器应水平安装，顶盖上箭头应指向油枕，为了不妨碍气体的流通，变压器安装时应使顶盖沿瓦斯继电器的方向与水平面具有1%—1.5%的升高坡度，通往继电器的连接管具有2%—4%的升高坡度。
2.保护接线。进行保护接线时，应防止接错或短路，避免带电操作。
3.继电器应具备防振、防雨和防潮功能。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，瓦斯继电器引出线应采用防油线。
4.反复排除变压器本体内的气体。变压器瓦斯继电器安装好以后，要反复排除变压器本体内的气体，以防瓦斯保护误动作。
5.严禁频繁启停潜油泵。这里主要针对检修人员在查找水冷系统故障或恢复运行过程中，严禁频繁启停潜油泵。
6.根据需要调整保护方式。继电器应根据不同的运行、检修方式及时调整继电器的保护方式，并尽快恢复。这里主要指的是，a进行注油和滤油时；b进行呼吸器畅通工作或更换硅胶时；c除采油样和气体继电器上部放气阀放气外，在其他所有地方打开放气、放油和进油阀门时；d开、闭气体继电器连接管上的阀门时；e在瓦斯保护及其二次回路上进行工作时，在上述工作完毕后，经1h试运行后，方可将重瓦斯投入跳闸。
7.地震引起重瓦斯动作停运的变压器，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。
8.气体继电器发信或动作跳闸时，应进行相应电气试验，并取气样进行必要的分析，综合判断变压器故障性质，决定是否投运。
五、结语
变压器瓦斯保护作为变压器主保护之一，肩负着变压器乃至电网安全稳定运行的重任。掌握变压器瓦斯保护的工作原理，熟悉瓦斯保护动作的原因以及处理方法，了解变压器瓦斯保护误动的防范措施，对于变电运行人员来说，将能轻松应对设备运行过程中出现的各种问题，确保电网安全稳定运行。
参考文献
【1】曾贤．主变压器重瓦斯保护动作原因分析及处理.电力安全技术.2007
【2】王飞.浅谈变压器瓦斯保护.内蒙古科技与经济.2008
【3】贺家李，李永丽，董新洲，李斌.电力系统继电保护原理（第四版）. 中国电力出版社2010.08
作者简介：
王覃梅（1986.09-），女，助理工程师，2010年毕业于三峡大学电气工程及其自动化专业，现就业于云南电网公司昭通供电局变电管理所运行部，从事变电运行工作。