变压器气体继电器

发布时间：2025年10月5日 08:52:15

标准名称: 气体继电器 (Gas Relay)，国际上通常称为布赫兹继电器 (Buchholz Relay)。
核心功能: 作为油浸式电力变压器内部故障的特有主保护，用于检测因电气放电或局部过热导致绝缘材料分解所产生的气体，以及因严重短路故障引发的油流冲击。
-保护范围: 覆盖变压器油箱内部的各种故障，对绕组匝间短路、铁芯多点接地、分接开关接触不良等初期潜伏性故障尤为灵敏。
工作原理: 基于物理现象的机械式继电器。利用故障产生的气体密度小于油而上浮聚集的原理（轻瓦斯信号），以及严重故障时油流冲击的动能原理（重瓦斯跳闸）。
安装位置: 水平安装在变压器油箱本体与储油柜之间的连接管路中，确保所有从油箱内产生的气体在上升过程中必须经过该继电器。
应用价值: 是变压器保护系统中最简单、最可靠且不可或缺的组成部分，能够在故障发生的极早期发出预警信号，或在严重故障时快速切除变-压器，有效防止故障扩大甚至引发油箱爆炸。

一、工作原理与结构

气体继电器是一种非电气量保护继电器，其动作不依赖于电流、电压等电气参数，而是响应变压器内部故障产生的物理现象。其内部结构通常包含两个核心的动作元件，对应两种不同的保护逻辑。

1. 轻瓦斯保护 (Light Gas Alarm)

动作机理: 当变压器内部存在轻微或初期的故障时，如绕组匝间轻微短路、铁芯硅钢片间绝缘损坏导致涡流过大、分接开关接触不良产生电火花等，这些故障点会使周围的绝缘油和绝缘纸受热分解，产生氢气、甲烷、乙烯等多种气体。这些气体的密度远小于绝-缘油，会以气泡形式从故障点逸出并上升。由于气体继电器安装在油流的必经之路上，这些气体最终会聚集在继电器的上部空间。
结构与动作: 继电器上部设有一个开口向下的杯状浮子或空心浮球，通过杠杆机构连接一个干簧管或水银接点。随着气体在上部聚集，该区域的油位会下降，浮子因失去浮力而下沉，从而驱动接点闭合，发出“轻瓦斯”告警信号。
意义: 轻瓦斯信号是一个预警信号，它提示运维人员变压器内部可能存在潜伏性故障，需要尽快安排进行油中溶解气体分析（DGA）等检测，以诊断故障性质并及时处理，避免故障进一步发展。

2. 重瓦斯保护 (Heavy Gas Trip)

动作机理: 当变压器内部发生严重的短路故障，如相间短路或严重的匝间短路时，瞬间产生的巨大电弧能量会使周围绝缘油急剧气化，形成强大的压力波和高速的油流，从油箱本体涌向储油柜。
结构与动作: 继电器内部的油流通道中设有一个挡板或档片，该档板与另一个独立的干簧管或水银接点相连。正常情况下，油流速度很低，不足以推动档板。但在发生严重内部故障时，高速的油流冲击会推动档板，使其偏转到足以驱动接点闭合的程度，发出“重瓦斯”跳闸指令。该指令直接作用于变压器各侧的断路器，将变压器从电网中瞬时切除。
意义: 重瓦斯保护是主保护跳闸动作，旨在故障发生后以最快速度隔离变压器，防止故障能量持续输入，最大限度地减轻设备损坏，并防止事故扩大（如油箱起火、爆炸）。

二、安装与运行要求

安装要求:
- 必须水平安装在油箱顶盖与储油柜之间的连接管路上。
- 管路需有2%-4%的向上倾角，确保气体能顺利地向储油柜方向流动并进入继电器。
- 继电器上的箭头方向必须指向储油柜。
- 继电器内部应充满绝缘油，不能存在残余空气。
运行中的注意事项:
- 新投运或大修后的变压器，初期可能会有残存在绝缘材料中的空气逸出，可能引起轻瓦斯误告警。
- 在对变压器进行加油、滤油或冷却器切换等操作时，可能会引起油流波动，为防止重瓦斯保护误动，通常需要暂时将重瓦斯跳闸回路切换至信号位置或短时退出。
- 发生地震或强烈机械振动时，也可能导致继电器误动作，因此现代继电器都具备一定的抗震性能设计。

三、气体继电器保护的优缺点

优点:

高灵敏性: 对各种类型的内部故障，特别是匝间短路等初期故障，其灵敏度远高于电气量保护。
高可靠性: 结构简单，基于纯物理原理动作，受外部电气系统运行方式、短路电流水平、CT饱和等因素影响小。
-原理明确: 轻瓦斯告警和重瓦斯跳闸分别对应不同严重程度的故障，便于故障判断。

缺点:

无选择性: 无法区分是绕组故障还是铁芯故障，需要结合其他诊断手段（如DGA）进一步分析。
存在死区: 对于油箱下部的故障，产生的油流冲击可能在到达继电器前已衰减，以及引线套管内部的故障，气体继电器可能无法有效保护。
可能误动: 在加油、地震、穿越性故障引起的油位波动等非故障情况下，存在误动的可能性。

常见问题解答 (FAQ)

1. 气体继电器动作后，如何判断是何种气体？
当发生轻瓦斯告警后，运维人员应立即通过继电器顶部的取气阀收集气体。收集到的气体可以通过简单的现场试验判断其可燃性（严禁明火，应使用专业仪器）。无色、无味且不可燃的气体通常是空气；而可燃的气体则表明是绝缘材料分解产生的故障气体。精确的成分分析则需要送至实验室进行色谱分析。

2. 为什么重瓦斯保护的动作值是按油流速度来设定的？
因为严重内部故障的本质特征是能量的快速释放，这必然导致油的快速膨胀和流动。油流速度与故障能量的大小直接相关。因此，将重瓦斯保护的动作阈值设定为一个特定的油流速度（例如0.6m/s, 1.0m/s等），可以有效地区分正常油循环与危险的故障油流冲击，确保保护只在真正严重的内部故障时才瞬时跳闸。

3. “瓦斯保护”和“差动保护”在保护变压器内部故障时如何配合？
它们互为补充，构成了变压器内部故障最核心的两大主保护。