付 強(qiáng)，鄧集瀚，黑增杰，趙直爽

（1.中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司大理局，云南 大理 671000；2.河南綠控科技有限公司，河南 許昌 461000）

0 引 言

瓦斯繼電器是油浸式變壓器上常用的一種重要的保護(hù)裝置，安裝在變壓器與油枕之間的連接管路中[1]。當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，它會(huì)發(fā)出信號或自動(dòng)切斷變壓器電源。通常情況下，變壓器、瓦斯繼電器和瓦斯繼電器的重要附屬設(shè)備集氣盒內(nèi)，均會(huì)充滿用于冷卻、絕緣和消弧的絕緣油。變壓器運(yùn)行中，內(nèi)部有輕微故障或溫度較高時(shí)，會(huì)將故障點(diǎn)周圍的絕緣油分解并產(chǎn)生氣體或使變壓器內(nèi)部固體絕緣材料析出氣體。由于氣體產(chǎn)生的速率相對較快，來不及溶解到變壓器油里面。這些游離態(tài)的氣體流入瓦斯氣體繼電器并聚集，當(dāng)氣體積累到一定體積，將促使瓦斯繼電器發(fā)出輕瓦斯動(dòng)作信號。此時(shí)，需要及時(shí)采集氣樣進(jìn)行氣相色譜分析，并依據(jù)色譜試驗(yàn)結(jié)果判斷確定變壓器是否需要停運(yùn)。但是，某些內(nèi)部輕微故障發(fā)展的很快，在短時(shí)間內(nèi)會(huì)迅速發(fā)展成惡性內(nèi)部故障，甚至引發(fā)變壓器爆炸起火。事實(shí)上，曾發(fā)生過幾起取輕瓦斯氣體時(shí)，變壓器爆炸起火導(dǎo)致的人身傷亡事件。

為保障人身安全，不少電力企業(yè)制定輕瓦斯動(dòng)作信號時(shí)必須停電取氣的策略。但是，停電倒閘操作需要一段時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)游離態(tài)的氣體會(huì)回溶到油中，且不同組分的特征氣體溶解速率不同，導(dǎo)致色譜分析數(shù)值不準(zhǔn)確。若氣體較少，停電倒閘操作時(shí)間過長，氣體將全會(huì)回溶導(dǎo)致無氣可取[2]。因此，在輕瓦斯動(dòng)作后需要在第一時(shí)間取氣，才能真實(shí)反映變壓器問題所在。

基于此，特研制一套智能瓦斯集氣盒自動(dòng)取氣裝置，在最危險(xiǎn)的階段替代人工取氣，避免人員受傷。通過設(shè)計(jì)和確定瓦斯繼電器浮球位置和集齊盒（或廣口瓶）液位高度，從而自動(dòng)完成集氣盒的排油和取氣。

1 傳統(tǒng)取氣方法及缺點(diǎn)

1.1 傳統(tǒng)取氣方法

由于換流變運(yùn)行前已將內(nèi)部充滿絕緣油，此時(shí)瓦斯與取氣盒之間的連接管及取氣盒內(nèi)均充滿了油。要將集合在瓦斯頂部的氣體引下來，必須先將連接管的油完全排掉及取氣盒處部分油排掉。排油方法是打開取氣盒底部閥門，瓦斯處的氣體在油壓下經(jīng)連接管引至取氣盒的頂部。當(dāng)連接管重新出油時(shí)，說明瓦斯處氣體已完全引至取氣盒處，此時(shí)關(guān)閉取氣盒的底部閥門，可讀取取氣盒處的氣量，如圖1所示[3]。

圖1 取氣盒排油聚氣

隨后進(jìn)行氣體采集操作，即將預(yù)先準(zhǔn)備好的已接有雙頭針的取樣針筒接入取氣盒的取氣接口處，稍稍打開取氣閥門（開度約30%），氣體會(huì)慢慢壓入針筒內(nèi)，從而完成取氣樣。

1.2 傳統(tǒng)取氣缺點(diǎn)

傳統(tǒng)的取氣方法采用純手動(dòng)操作，存在以下缺點(diǎn)[4]：必須在換流變停運(yùn)時(shí)進(jìn)行操作，以避免設(shè)備帶電造成人員傷害和設(shè)備損傷；不能實(shí)現(xiàn)在設(shè)備故障產(chǎn)生集氣時(shí)及時(shí)提?。灰驓怏w提取時(shí)間滯后，收集氣體不能準(zhǔn)確反映設(shè)備故障原因。

2 自動(dòng)取氣裝置的設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)

為確?？煽啃?，本裝置不改變原有元件各項(xiàng)性能指標(biāo)，采取加裝輔助機(jī)構(gòu)的方式進(jìn)行改造，總體設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 總體設(shè)計(jì)

2.2 原理說明

換流站變壓器智能輕瓦斯集氣盒自動(dòng)取氣裝置，包括瓦斯繼電器本體和通過油氣引管與瓦斯繼電器本體連通的集氣盒本體，還包括第一電動(dòng)執(zhí)行器、第二電動(dòng)執(zhí)行器、集氣裝置和PLC。PLC與瓦斯繼電器本體、第一電動(dòng)執(zhí)行器和第二電動(dòng)執(zhí)行器電性連接。第一電動(dòng)執(zhí)行器設(shè)于集氣盒本體的排油閥處，通過PLC控制第一電動(dòng)執(zhí)行器開啟和關(guān)閉排油閥。集氣盒本體的放氣閥與集氣裝置連接，第二電動(dòng)執(zhí)行器設(shè)于放氣閥處，通過PLC控制第二電動(dòng)執(zhí)行器開啟和關(guān)閉放氣閥。

2.3 使用步驟

取氣包括以下步驟。

步驟1：于PLC中設(shè)定集氣盒本體1容積、油氣引管100的半徑及長度，以歸算絕緣油量V1，設(shè)定第一延時(shí)T1、第二延時(shí)T2和第三延時(shí)T3；

步驟2：獲取到輕瓦斯動(dòng)作信號，控制第一電動(dòng)執(zhí)行器2打開排油閥11；

步驟3：獲取到絕緣油量達(dá)到V1，延時(shí)T1后，控制第一電動(dòng)執(zhí)行器2關(guān)閉排油閥11，并控制第二電動(dòng)執(zhí)行器3打開放氣閥12，控制電動(dòng)三通調(diào)節(jié)閥連通集氣裝置和集氣盒本體1；

步驟4：延時(shí)T2后，控制電動(dòng)三通調(diào)節(jié)閥切斷集氣裝置與集氣盒本體1的連通，控制電動(dòng)三通調(diào)節(jié)閥連通集氣盒本體1和集氣裝置外部；

步驟5：獲取到輕瓦斯動(dòng)作信號消失，延時(shí)T3后，控制第二電動(dòng)執(zhí)行器3關(guān)閉放氣閥12，控制電動(dòng)三通調(diào)節(jié)閥切斷集氣盒本體1與集氣裝置外部的連通。

3 特點(diǎn)分析

本裝置無需對瓦斯繼電器進(jìn)行任何改動(dòng)，不改變元件各項(xiàng)性能指標(biāo)，不在瓦斯繼電器接線柱引入任何接線。集氣盒的進(jìn)氣口閥門、排氣口閥門、排油口閥門以及集氣袋閥門加裝電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置，實(shí)現(xiàn)電驅(qū)開啟、關(guān)閉閥門；PLC處理采集的信息，實(shí)現(xiàn)各閥門智能化開啟、關(guān)閉；裝置擁有較好的可靠性，在變電站強(qiáng)電磁環(huán)境工況下仍能正確動(dòng)作。集氣袋與集氣盒排氣口連接應(yīng)可靠，不出現(xiàn)漏油、漏氣現(xiàn)象；集氣袋閥門應(yīng)可靠，關(guān)閉后不出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象；集氣袋容量大于300 mL；廣口瓶容量大于500 mL，且瓶體難以傾覆；瓦斯繼電器浮球位置監(jiān)測探頭，厚度不大于3 cm，并采用粘貼的固定形式牢靠固定于瓦斯繼電器玻璃窗表面。瓦斯繼電器浮球位置監(jiān)測探頭的通信、電源電纜均采用阻燃耐火電纜。

4 結(jié) 論

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本裝置通過PLC捕獲輕瓦斯動(dòng)作信號，并通過控制第一電動(dòng)執(zhí)行器和第二電動(dòng)執(zhí)行器模擬人工排油放氣操作，自動(dòng)排油取氣，可做到實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的取氣操作，在第一時(shí)間及時(shí)取到真實(shí)有效的原始?xì)怏w樣品，保障了氣相色譜數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)避免了作業(yè)人員受到傷害的風(fēng)險(xiǎn)。