Prinzip, Aufbau, Betrieb und Wartung des Transformator-Gasschutzes

1. Was ist Gas?

Gas entsteht durch die Zersetzung von Zellulose und organischen Stoffen durch anaerobe Bakterien im Frühstadium der Kohlebildung durch Urpflanzen. Unter hohen Temperaturen und hohem Druck wird während der Kohlebildung kontinuierlich Gas durch physikalische und chemische Prozesse erzeugt. Gas ist farb- und geruchlos, kann aber manchmal einen apfelartigen Duft wahrnehmen, der durch das gleichzeitige Entweichen aromatischer Kohlenwasserstoffe und Gas entsteht. Die relative Dichte von Gas im Vergleich zu Luft beträgt 0,554, die Dichte von Gas im Standardzustand 0,716 kg/m³. Die Sauerstoffdurchlässigkeit von Gas ist 1,6-mal so hoch wie die von Luft. Es ist wasserunlöslich, nicht brennbar und kann nicht atembar sein. Es kann zum Ersticken durch Sauerstoffmangel führen und brennt oder explodiert.

Die Hauptbestandteile des Gases sind Alkane, wobei Methan den größten Anteil ausmacht, sowie geringe Mengen an Ethan, Propan und Butan. Zusätzlich enthält es üblicherweise Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid, Stickstoff und Feuchtigkeit sowie Spuren von Edelgasen wie Helium und Argon. Unter Normalbedingungen liegen Methan bis Butan gasförmig vor, Pentan und höhere Alkane sind flüssig. Bei einem offenen Feuer kann es zu einer Gasexplosion kommen, die die Sicherheit der Bergleute unmittelbar gefährdet.

2. Definition des Gasschutzes

Im Gasschutzrelais besteht der obere Teil aus einem abgedichteten Schwimmer, der untere aus einer Metallblende. Beide sind mit abgedichteten Quecksilberkontakten ausgestattet. Schwimmer und Blende sind um ihre jeweiligen Achsen drehbar. Im Normalbetrieb ist das Relais mit Öl gefüllt, der Schwimmer befindet sich im Öl und schwebt, wodurch der Quecksilberkontakt unterbrochen ist. Die Blende senkt sich aufgrund ihres Eigengewichts ab, wodurch auch ihr Quecksilberkontakt unterbrochen wird. Bei einem leichten Fehler im Transformator entsteht langsam Gas, das sich zunächst im oberen Bereich des Gasschutzrelais auf dem Weg zum Ölbehälter sammelt. Dadurch sinkt der Ölstand, der Schwimmer senkt sich ab und der Quecksilberkontakt schließt. Gleichzeitig wird ein Einschaltverzögerungssignal ausgelöst – dies wird als „Leichtgas“ bezeichnet. Tritt im Transformator ein schwerwiegender Fehler auf, entsteht ein starker Gasausstoß. Der Druck im Öltank steigt schlagartig an, wodurch ein großer Ölstrom auf die Ölpumpe trifft. Dieser Ölstrom prallt gegen die Leitbleche, die den Federwiderstand überwinden. Dadurch bewegt sich der Magnet in Richtung des Federkontakts, schließt den Quecksilberkontakt, schaltet den Auslösekreis ein und löst den Leistungsschalter aus. Dies ist die sogenannte „Schwergaswirkung“. Durch die Starkgaswirkung wird die gesamte Stromzufuhr zum Transformator sofort unterbrochen, um eine Ausbreitung des Fehlers zu verhindern und den Transformator zu schützen.

Es gibt verschiedene Arten von Gasrelais, z. B. Schwimmer-, Blenden- und offene-Becher-Relais. Die meisten verwenden QJ-80-Relais. Der Signalstromkreis ist mit dem offenen Becher, der Auslösestromkreis mit der Blende verbunden. Die sogenannte Gasschutz-Signalauslösung bedeutet, dass der Signalstromkreiskontakt des oberen offenen Bechers im Relais aus verschiedenen Gründen geschlossen wird und die Kontrollleuchte aufleuchtet.

Die Vorschriften schreiben vor: Für ölgekühlte Transformatoren mit einer Leistung von 800 kVA und mehr sowie für ölgekühlte Transformatoren mit einer Leistung von 400 kVA und mehr muss ein Gasschutz installiert werden.

3. Klassifizierung des Gasschutzes

Der Gasschutz wird im Allgemeinen in zwei Kategorien unterteilt: Leichtgasschutz und Schwergasschutz.

1. Schutz vor leichten Gasen: Der Transformator überhitzt oder wird teilweise entladen, wodurch die Öltemperatur des Transformators ansteigt und eine bestimmte Menge Gas entsteht, die sich im Relais sammelt. Sobald eine bestimmte Menge erreicht ist, wird das Relais ausgelöst und ein Signal gesendet.

2. Starkgasschutz: Nach einem schweren Kurzschluss im Transformator wird das Transformatoröl beeinträchtigt, wodurch ein gewisser Ölstrom zum Auslösemechanismus des Relais strömt und dieses auslöst.

4. Umfang des Gasschutzes

Der Gasschutz ist der Hauptschutz des Transformators und kann alle Fehler im Tank erkennen. Dazu gehören: mehrphasige Kurzschlüsse im Brennstofftank, Kurzschlüsse zwischen den Wicklungen, Kurzschlüsse zwischen Wicklung und Eisenkern oder Gehäuse, Kernbruch, Ölstandsabfall oder Ölleckage, schlechter Kontakt des Stufenschalters oder mangelhafte Drahtverschweißung usw. Der Gasschutz reagiert schnell, empfindlich und zuverlässig und ist einfach aufgebaut. Er kann jedoch keine Fehler im externen Stromkreis des Öltanks (z. B. der Zuleitung) erkennen und ist daher nicht als alleinige Schutzvorrichtung gegen interne Fehler des Transformators geeignet. Darüber hinaus kann der Gasschutz durch äußere Einflüsse (z. B. Erdbeben) beeinträchtigt werden.

Das Buchholzrelais des Transformator-Lastspannungsreglers hat die gleiche Funktion wie das Buchholzrelais des Haupttransformators, jedoch mit unterschiedlichen Einbauorten und verschiedenen Ausführungen.

Fünftens, die Installationsmethode des Schutzes

Das Buchholz-Relais ist in der Verbindungsleitung vom Transformator zum Ölbehälter installiert. Bei der Installation ist Folgendes zu beachten:

1. Schließen Sie zunächst die Absperrklappe an der Gasleitung fest. Falls die Absperrklappe nicht fest schließt oder andere Umstände vorliegen, kann das Öl im Ölkissen gegebenenfalls abgelassen werden, um ein Überlaufen großer Ölmengen während der Arbeiten zu verhindern.

2. Vor dem Einbau des neuen Gasrelais prüfen Sie, ob ein Prüfzertifikat vorliegt, ob Kaliber und Durchflussrate stimmen, ob die Innen- und Außenteile beschädigt sind und ob es bei vorübergehender Blockierung im Inneren zerlegt werden muss. Prüfen Sie abschließend die Funktion von Schwimmer, Leitblech, Signal- und Auslösekontakt. Ist alles zuverlässig, schließen Sie das Entlüftungsventil.

3. Das Gasrelais ist waagerecht zu montieren, wobei der auf der Oberseite markierte Pfeil zum Ölkissen zeigt. Im vorliegenden Projekt darf die Achse des Relais am Ende des Ölkissens geringfügig höher liegen, die Neigung zur Horizontalen darf jedoch 4 % nicht überschreiten.

4. Öffnen Sie das Absperrventil, um das Gasventil mit Öl zu befüllen, und lassen Sie anschließend die Luft über das Entlüftungsventil ab. Falls das Ölventil eine Kapsel enthält, achten Sie beim Befüllen und Entleeren darauf, dass möglichst wenig Gas in das Ölventil gelangt.

5. Bei der Installation der Schutzverdrahtung ist darauf zu achten, dass keine Fehlanschlüsse oder Kurzschlüsse entstehen, der Betrieb unter Spannung vermieden wird und gleichzeitig verhindert wird, dass sich der Leiterstab dreht und der kleine Porzellankopf Öl austritt.

6. Vor der Inbetriebnahme sollten ein Isolationsrütteltest und ein Übertragungstest durchgeführt werden.

6. Prüfpunkte für Gasrelais

Vor der Installation und Inbetriebnahme des Gasrelais sollten folgende Prüf- und Testpunkte durchgeführt werden:

1. Allgemeine Prüfpunkte:

Das Sichtfenster, das Entlüftungsventil, die Steuernadel und der Anschlussanschluss sind völlig ölfrei, und der Schwimmer, der offene Becher, das Sichtfenster usw. sind völlig frei von Rissen.

2. Testaufgaben

2.1. Dichtheitsprüfung: Es wird eine Dichtheitsprüfung bei einem Gesamtöldruck von 20 mPa über eine Dauer von 1 Stunde durchgeführt. Es darf keine Leckage auftreten.

2.2. Prüfung der Isolationsfestigkeit der Anschlüsse: Zwischen den beiden abgehenden Anschlüssen wird eine Netzfrequenzspannung von 2000 V für 1 Minute angelegt. Der Isolationswiderstand kann auch mit einem 2500-V-Megohmmeter gemessen werden. Der Isolationswiderstand sollte über 300 mΩ liegen.

2.3. Funktionsprüfung des Leichtgases: Wenn sich 250∽300cm3 Luft in der Hülle ansammeln, muss das Leichtgas zuverlässig wirken.

2.4. Strömungsgeschwindigkeitsprüfung der Wirkung schwerer Gase.

7. Tägliche Inspektion

Die Betriebsvorschriften für Leistungstransformatoren DL/T572-95 (nachfolgend „Vorschriften“ genannt) schreiben vor, dass bei der täglichen Inspektion von Transformatoren als erstes zu prüfen ist, ob sich Gas im Gasrelais befindet, und dass bei der Gasprüfung auf folgende Punkte zu achten ist:

1. Das Ventil an der Verbindungsleitung des Gasrelais sollte in der geöffneten Position sein.

2. Die Atemschutzvorrichtung des Transformators sollte sich in einem normalen Betriebszustand befinden.

3. Das Gasschutz-Anschlussstück muss korrekt eingesetzt werden.

4. Der Ölstand im Ölkissen muss korrekt sein und das Relais muss mit Öl gefüllt sein.

5. Die wasserdichte Abdeckung des Gasrelais muss fest sitzen.

6. Die Relaisanschlüsse dürfen kein Öl durchlassen und müssen gegen das Eindringen von Regen, Schnee und Staub geschützt sein. Die Stromversorgung und ihr Sekundärkreis müssen wasser-, öl- und frostbeständig sein und im Frühjahr und Herbst regelmäßig auf Wasser- und Ölbeständigkeit sowie Frostbeständigkeit geprüft werden.

Achtens, der Betrieb des Gasschutzes

Im Normalbetrieb des Transformators arbeitet das Buchholzrelais einwandfrei. Bezüglich des Betriebszustands des Buchholzrelais gelten in den Vorschriften folgende Bestimmungen:

1. Wenn der Transformator in Betrieb ist, sollte der Gasschutz an das Signal und den Auslöser angeschlossen werden, und der Gasschutz des Laststufenschalters sollte an den Auslöser angeschlossen werden.

2. Wenn der Transformator während des Betriebs folgende Arbeiten ausführt, muss der Schwergasschutz wieder an das Signal angeschlossen werden:

2.1. Wenn ein Leistungsschalter zur Steuerung zweier Transformatoren verwendet wird und einer der Transformatoren in den Standby-Modus geschaltet wird, muss der Standby-Transformator wieder an das Signal angeschlossen werden.

2.2. Beim Filtern von Öl, Nachfüllen von Öl, Austauschen der Tauchölpumpe oder Austauschen des Adsorptionsmittels des Ölreinigers sowie beim Öffnen und Schließen des Ventils am Verbindungsrohr des Gasrelais.

2.3. Bei Arbeiten am Gasschutz und dessen Sekundärkreis.

2.4. Mit Ausnahme der Ölprobenentnahmestelle und des Entlüftungsventils im oberen Teil des Buchholz-Relais sind an allen anderen Stellen die Entlüftungs-, Ölablass- und Öleinlassventile zu öffnen.

2.5. Wenn der Ölstand am Ölstandsanzeiger anormal ansteigt oder im Saug- und Ansaugsystem Anomalien auftreten, muss das Entlüftungs- oder Ölablassventil geöffnet werden.

3. Während der Erdbebenvorhersageperiode ist der Betriebsmodus des Schwergasschutzes entsprechend den spezifischen Gegebenheiten des Transformators und der seismischen Leistungsfähigkeit des Gasrelais festzulegen. Transformatoren, die aufgrund des Schwergasschutzes infolge von Erdbeben außer Betrieb genommen wurden, sind vor der Wiederinbetriebnahme zu überprüfen und zu testen. Die Inbetriebnahme darf erst erfolgen, wenn keine Störungen festgestellt wurden.

9. Handlungsgründe für den Gasschutz

1. Gründe für die Wirkung von leichten Gasen

1.1. Durch einen mangelhaften Ölfilter, eine unzureichende Betankung oder ein mangelhaftes Kühlsystem gelangt Luft in den Transformator.

1.2. Der Ölstand ist aufgrund eines Temperaturabfalls oder eines Ölaustritts unterhalb der Gasmessboje.

1.3. Bei einem Transformatorausfall wird eine geringe Menge Gas freigesetzt.

1.4. Der Transformator weist einen durchlaufenden Kurzschluss auf. Durch den durchlaufenden Fehlerstrom wird die Ölströmungsgeschwindigkeit zwischen den Ölspalten beschleunigt. Bei einer starken Änderung der Druckdifferenz zwischen Ölspalt und Wicklungsaußenseite kann das Gasrelais ausfallen. Der durchlaufende Fehlerstrom führt zu einer Erwärmung der Wicklung. Bei einem hohen Fehlerstrom steigt die Wicklungstemperatur rapide an, wodurch sich das Ölvolumen ausdehnt und das Gasrelais ausfällt.

1.5, Ausfall des Gasrelais oder des Sekundärkreises.

Die oben genannten Faktoren können dazu führen, dass das Gasschutzsignal ausgelöst wird.

10. Behandlung nach Gasschutzmaßnahmen

1. Nach dem Auslösen der Transformator-Gasschutzvorrichtung muss diese sorgfältig geprüft, analysiert und richtig beurteilt werden; gegebenenfalls sind unverzüglich Maßnahmen zu ergreifen.

A. Bei Aktivierung des Gasschutzsignals ist der Transformator unverzüglich zu überprüfen, um die Ursache zu ermitteln. Liegt diese in einer Luftansammlung, einem zu niedrigen Ölstand, einem Fehler im Sekundärkreis oder einem internen Defekt des Transformators? Befindet sich Gas im Gasrelais, ist die Gasmenge zu dokumentieren, die Gasfarbe zu beobachten und auf Entflammbarkeit zu prüfen. Gas- und Ölproben sind für die chromatographische Analyse zu entnehmen. Die Fehlerart des Transformators kann anhand der einschlägigen Vorschriften und Richtlinien bestimmt werden. Die chromatographische Analyse umfasst die qualitative und quantitative Bestimmung von Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan, Ethan, Ethylen, Acetylen und anderen im gesammelten Gas enthaltenen Gasen mithilfe eines Chromatographen. So lassen sich Art, Verlauf und Schweregrad des Fehlers präzise ermitteln.

B. Wenn das Gas im Gasrelais farblos, geruchlos und nicht entzündlich ist und die chromatografische Analyse ergibt, dass es sich um Luft handelt, kann der Transformator weiter betrieben werden und der Luftansaugfehler rechtzeitig behoben werden.

Wenn das Gas im Gasrelais entzündlich ist und das Ergebnis der chromatographischen Analyse des im Öl gelösten Gases abnormal ist, muss eine umfassende Beurteilung vorgenommen werden, um festzustellen, ob der Transformator außer Betrieb ist.

2. Löst das Buchholz-Relais aus, darf der Transformator erst wieder in Betrieb genommen werden, wenn die Ursache ermittelt und der Fehler behoben ist. Zur Ursachenfindung sind vor allem die folgenden Faktoren zu berücksichtigen und umfassend zu beurteilen.

a. Ob die Atmung schlecht oder erschöpft ist;

b. Ob die Sekundärkreise wie Schutz- und Gleichstromkreise normal funktionieren;

c. Ob das Erscheinungsbild des Transformators irgendwelche ungewöhnlichen Phänomene aufweist, die eindeutig auf die Art des Fehlers hinweisen;

d. Ob das im Gasrelais angesammelte Gas entzündlich ist;

e. Die Ergebnisse der chromatographischen Analyse des Gases im Gasrelais und des im Öl gelösten Gases;

f. Erforderliche Ergebnisse der elektrischen Prüfung;

g. Die Wirkung anderer Relais-Schutzeinrichtungen des Transformators.

11. Sicherheitsmaßnahmen im Zusammenhang mit dem Gasschutz

Die Gasschutzfunktion ist in zwei Stufen unterteilt: Im leichten Fall wird ein Schutzsignal gesendet, um das Wartungspersonal zum sofortigen Eingreifen am Transformator aufzufordern; im schweren Fall wird der Transformatorschalter ausgelöst, wodurch der Transformator sofort abgeschaltet wird und die Zuverlässigkeit der Stromversorgung nicht gewährleistet werden kann. Es werden Maßnahmen zur Verhinderung von Gasunfällen vorgeschlagen.

1. Um die Zuverlässigkeit der Gasauslösung bei starken Gasen zu verbessern, sollte die untere Boje des Gasrelais durch eine Prallplatte und der Kontakt durch einen vertikalen Kontakt ersetzt werden.

2. Um zu verhindern, dass das Gasrelais durch Wasserlecks kurzgeschlossen wird, sollten an seinen Klemmen und Kabelanschlusskästen regensichere Maßnahmen getroffen werden.

3. Die Zuleitung des Gasrelais sollte ein ölbeständiger Draht sein.

4. Die Zuleitungen und Kabel des Gasrelais sollten an die Klemmen im Kabelanschlusskasten angeschlossen werden.