变压器气体继电器故障分析与改进措施培训

变压器气体继电器故障分析与改进措施培训勇于跨越追求卓越CONTENTS目录01气体继电器概述02工作原理与保护功能03内部故障导致气体继电器动作04外部因素引发的故障CONTENTS目录05辅助设备异常与误动作06特殊情况与误动作分析07故障诊断与判别方法08改进措施与预防策略CONTENTS目录09典型事故案例分析01气体继电器概述

气体继电器的定义与作用01气体继电器的基本定义气体继电器，又称瓦斯继电器，是安装在油浸式变压器油箱与储油柜联管上的非电量保护装置，用于监测变压器内部故障产生的气体或油流，实现故障预警与保护。

02核心作用：故障监测与保护作为变压器的关键安全装置，气体继电器能在内部故障时通过轻瓦斯（气体积聚）发出预警信号，或通过重瓦斯（油流冲击）触发跳闸，快速切除故障，减少设备损失。

03技术定位：不可替代的保护装置目前尚无完全替代气体继电器的非电量保护装置，QJ系列（如QJ-25、QJ-50、QJ-80）及改进型产品广泛应用，其性能符合JB/T9647-1999《气体继电器》标准。气体继电器的安装位置与结构安装位置气体继电器安装在变压器油箱与储油柜之间的连通管道内，是监测变压器内部故障的关键位置。核心结构组件主要由上开口杯（轻瓦斯组件）、下挡板（重瓦斯组件）、干簧接点、磁铁等构成，QJ系列如QJ-25、QJ-50、QJ-80等结构基本相同。轻瓦斯动作结构当气体积聚使油面下降，开口杯随之下沉，磁铁吸引干簧接点闭合，发出轻瓦斯信号，动作气量通常设定为30ml。重瓦斯动作结构严重故障时油流冲击挡板，挡板旋转使磁铁触发干簧接点，启动跳闸回路，油流速度需达到继电器整定值。

主要型号与技术标准主流型号分类目前QJ系列气体继电器应用广泛，主要型号包括QJ-25、QJ-50、QJ-80及其改进型产品，结构基本相同，适用于不同容量变压器的保护需求。

其他类型继电器部分特殊场景采用速动油压继电器、皮托(PITOT)继电器、BR-1型继电器或MK-10型继电器等，但尚未出现能完全取代气体继电器的非电量保护装置。

技术标准规范气体继电器的型号、技术要求等在JB/T9647-1999《气体继电器》标准中有明确规定，为产品设计、生产和选型提供依据。02工作原理与保护功能01轻瓦斯保护动作原理轻瓦斯保护功能定位轻瓦斯保护主要监测变压器运行过程中或轻微故障时由油分解产生的气体，当气体积聚达到一定量时发出预警信号。02气体积聚触发机制轻微故障产生的气体沿连接管道上升至瓦斯继电器，积聚后使油面下降，开口杯随油面移动，当气体量超过30ml时，磁铁吸引干簧触点接通，发出轻瓦斯信号。03典型动作过程示例当变压器分接开关动静触点错位等轻微故障发生时，绝缘油分解产生气体，逐渐聚集在瓦斯继电器上部，导致轻瓦斯保护接点闭合，发出警报信号。04与重瓦斯保护的区别轻瓦斯保护仅通过气体积聚量触发信号报警，不直接启动跳闸；而重瓦斯保护则通过油流冲击挡板动作，实现故障变压器的快速切除。

重瓦斯保护动作原理核心触发机制：油流冲击挡板当变压器内部发生严重故障（如匝间短路）时，绝缘油被迅速大量分解，油箱内压力急剧升高，产生油的浪涌现象。当连接油管内油流速度达到气体继电器整定值时，油流冲击挡板，使其旋转至限定位置。

接点动作逻辑：磁铁吸合干簧接点挡板旋转后，其上的磁铁与干簧接点相互作用，使干簧接点吸合，接通重瓦斯保护回路，触发跳闸信号，快速切除故障变压器，防止事故扩大。

动作特性：响应严重内部故障重瓦斯保护主要针对变压器严重内部故障，如绕组短路、铁芯多点接地等导致油流涌动的情况，动作迅速可靠，是变压器的关键非电量保护手段。轻瓦斯动作逻辑轻、重瓦斯动作逻辑与区别

当变压器内部发生轻微故障或油中气体析出时，气体逐渐积聚在瓦斯继电器上部，当气体量达到30ml时，开口杯下降使干簧接点吸合，发出轻瓦斯保护信号。重瓦斯动作逻辑

当变压器内部发生严重故障，绝缘油被快速分解产生大量气体，导致油箱内压力骤升，油流冲击挡板旋转至限定位置，磁铁使干簧接点吸合，触发重瓦斯保护动作跳闸。动作特征对比

轻瓦斯主要反映气体积聚，动作于信号；重瓦斯反映油流速度，动作于跳闸。轻瓦斯气体量通常较小，重瓦斯伴随油流冲击和压力突变。典型故障案例差异

轻瓦斯案例：新投运变压器油中气体析出；重瓦斯案例：绕组匝间短路导致油流速度超过整定值（如某35kV变压器分接开关故障引发重瓦斯动作）。03内部故障导致气体继电器动作过热故障类型与特征气体绕组短路类过热故障包括绕组匝间短路、层间短路，电弧作用使油分解，产生乙炔、乙烯等特征气体。如变压器受雷击或操作过电压击穿绕组绝缘，会引发放电并产生大量此类气体。高压套管与引线过热故障高压套管破损、引线对地放电等故障，电弧导致油分解，产生乙炔、乙烯等气体。此类故障同样会因局部高温使绝缘油发生化学变化，释放特定气体。铁芯过热故障铁芯硅钢片间绝缘损坏，引起涡流增大，长时间发热使周围绝缘材料分解产气，主要产生氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等气体。放电故障原因与气体分析放电故障的主要诱因变压器绕组短路、铁芯多点接地、接触不良等情况，会导致局部过热，使绝缘油和固体绝缘材料（如纸绝缘、木构件等）分解产气。特征气体的产生机制放电故障会产生氢气、一氧化碳、二氧化碳、甲烷等气体，这些气体是绝缘材料在高温作用下发生化学分解的产物。典型案例：铁芯多点接地故障铁芯硅钢片间绝缘损坏，引起涡流增大，长时间发热，会使周围绝缘材料分解产生特征气体，导致瓦斯继电器动作。绕组匝间短路故障案例内部故障典型案例分析某35kV、4.2MVA主变压器轻瓦斯保护一天连续动作两次，色谱分析为裸金属过热，测直流电阻发现分接开关故障，吊芯检查确认分接开关动静触点错位2/3，导致局部过热产气。铁芯多点接地故障案例铁芯硅钢片间绝缘损坏，引起涡流增大，长时间发热使周围绝缘材料分解产气，导致瓦斯继电器动作。此类故障会产生氢气、一氧化碳等特征气体。引线对地放电故障案例变压器运行中受到雷击或操作过电压，可能击穿绕组绝缘引发放电，产生大量气体。故障时电弧使油分解，产生乙炔、乙烯等特征气体，聚集在瓦斯继电器内。04外部因素引发的故障

密封不严导致进气问题密封不严的主要部位变压器的油箱、油枕、套管、冷却器等部位的密封件老化、损坏，或法兰连接处螺栓松动等，会使外部空气进入变压器内部，空气进入瓦斯继电器。

密封不严的典型案例户外变压器长期运行，密封垫受温度、紫外线等影响变硬、开裂，空气就会慢慢渗入。

密封不严的危害运行经验表明，轻瓦斯保护动作绝大多数是由于变压器进入空气所致。造成进气的原因很多，主要有：密封垫老化和破损，法兰结合面变形，油循环系统进气，潜油泵滤网堵塞，焊接处砂眼进气等。

油位变化的影响与应对油位下降的诱因分析气温骤降导致变压器油体积收缩，若呼吸器堵塞形成负压，可能吸入空气；漏油或油枕油位调节不当也会直接引发油面下降。

油位变化对气体继电器的影响油位下降在负压作用下可使空气被吸入，或油中溶解气体因压力变化析出，聚集于瓦斯继电器，导致轻瓦斯保护动作。

典型案例：气温变化引发的油位问题冬天夜间气温大幅下降，变压器油收缩，若呼吸器堵塞形成负压，空气进入，可能导致瓦斯继电器内出现气体。

油位异常的应对措施定期检查油位计指示，确保与油温对应；检查呼吸器是否通畅，防止负压形成；对漏油点及时处理，保持油位正常。

呼吸系统异常案例解析吸湿器堵塞导致重瓦斯动作1991年1月12日，太平哨电厂2号主变压器（SFPL-120000/220型）运行中重瓦斯保护动作跳闸。环境温度低导致吸湿器硅胶结块堵塞，机组负荷增加油温升高时，呼吸器跑油，热油融化硅胶结块使压力突然释放，引发重瓦斯动作。

冷却系统异常引发瓦斯动作1992年1月1日，白山电厂红石变电站2号主变压器（SFPJ20000/220型）轻、重瓦斯保护动作跳闸。调峰期间满负荷运行，上层油温达69.4℃，环境温度-10.5℃，因未投入冷却风扇，油温快速上升，导致呼吸系统异常伴随喷油现象。

呼吸器维护不当重复事故太平哨电厂1号主变压器（SFPS-120000/220型）于1990年2月25日发生与2号主变相同原因的事故，均因吸湿器硅胶吸湿结块堵塞呼吸系统，在负荷与油温变化时引发重瓦斯保护动作，凸显定期维护呼吸器的重要性。05辅助设备异常与误动作

冷却系统故障影响分析

冷却系统漏气引发气体继电器误动冷却系统密封不严导致空气进入，或新投运变压器未经真空脱气，会使气体积聚在瓦斯继电器内，触发轻瓦斯保护动作。

冷却器入口阀门关闭的危害冷却器入口阀门关闭造成堵塞，相当于潜油泵向变压器注入空气，导致气体继电器因气体积累而频繁动作，影响设备正常运行。

散热器上部进油阀门关闭的影响散热器上部进油阀门关闭会阻碍油循环，导致局部油流异常，可能使气体在瓦斯继电器内聚集，引发轻瓦斯保护动作。

潜油泵缺陷产生可燃气体潜油泵本身烧损会使油热分解，产生大量可燃性气体；其窥视玻璃破裂时，轴尖处油流急速形成负压带入空气，均会导致气体继电器动作。

二次回路问题导致误动作引出电缆绝缘损坏气体继电器引出电缆绝缘损坏会造成跳闸接点短接，引发保护动作。如1997年1月12日，铁岭局中固二次变电站1号主变压器有载调压开关重瓦斯保护动作，经检查为有载调压开关重瓦斯保护电缆绝缘损坏所致。

二次回路接地故障二次回路接地会造成跳闸回路接通，导致重瓦斯保护动作、开关跳闸。1994年3月7日，赤峰局土城二次变电站主变压器就因二次回路接地发生此类事故。

端子箱密封不良受潮本体端子箱密封不严，雾状水珠或潮气进入，会短接跳闸回路接点。例如1992年3月10日，两锦局凌河一次变电站1号主变压器重瓦斯保护动作跳闸，原因是工作人员清洗油箱时未遮挡端子箱，水珠进入导致接点短接。

跳闸线与电源布置不当未落实重瓦斯跳闸线与相邻正电源分开布置的反事故措施，可能造成相邻跳闸线与正电源短接。1993年6月29日，两锦局锦州一次变电站1号主变压器因此导致重瓦斯保护动作跳闸。安装与维护不当案例

呼吸系统不畅导致误动1991年1月12日，太平哨电厂2号主变压器因吸湿器硅胶结块呼吸不畅，在负荷增加、油温升高时压力突然释放，造成重瓦斯保护动作跳闸。

端子箱密封不良引发故障1992年3月10日，两锦局凌河一次变电站1号主变压器因清洗油箱时端子箱进水，导致重瓦斯保护动作跳闸。

二次回路及电缆问题1997年1月12日，铁岭局中固二次变电站1号主变压器有载调压开关重瓦斯保护电缆绝缘损坏，造成跳闸接点短接，保护动作。

气体继电器安装缺陷1998年6月19日，赤峰局元宝山一次变电站1号主变压器因安装有载调压气体继电器时法兰压住跳闸端子引线，导致绝缘损坏接点短接，重瓦斯保护动作跳闸。06特殊情况与误动作分析新投运与大修后异常安装注油后气体析出新变压器投运或大修注油后，油中气体未完全排出，运行后随着温度升高，气体逐渐从油中析出，聚集在瓦斯继电器。例如新变压器投运后几天内，瓦斯继电器常有气体，一般运行一段时间后气体逐渐放气，属正常现象。机械振动导致误动作地震、机械振动等可能使瓦斯继电器误动作，如变电站附近发生地震，可能导致瓦斯继电器内部部件误动，发出轻瓦斯信号，检查后可能无气体或气体非故障产生。二次回路故障影响二次回路短路、接地等故障，也可能导致瓦斯继电器误发信号，显示有气体，实际可能无气体或气体非故障产生。新安装或大修后的变压器需重点检查二次回路的绝缘及接线可靠性。

环境因素引发的误动作温度骤变与油位波动气温大幅下降时，变压器油体积收缩，若呼吸器堵塞或油枕油位调节不当，易形成负压导致空气吸入，引发瓦斯继电器动作。例如冬天夜间气温骤降可能造成此类情况。

剧烈振动影响地震、机械振动等外部冲击可能导致瓦斯继电器内部部件误动，发出轻瓦斯信号。如变电站附近发生地震时，可能出现无气体情况下的瓦斯继电器误动作。

潮湿与进水影响端子箱、接线盒等密封不良，在潮湿环境或清洗设备时，水汽或水珠进入可能导致跳闸回路接点短接，引发重瓦斯保护动作跳闸。

干簧管故障与接线问题干簧管玻璃管破碎故障干簧接点玻璃管破碎会导致簧片搭接，使跳闸回路接通，引发重瓦斯保护动作跳闸。如大连开发区供电局220KV中华路变电站1号主变压器曾因调压开关气体继电器干簧管断裂破碎，多次造成三侧开关跳闸停电。

接线盒密封不良问题气体继电器接线端子盒防水不良、密封不严，易进水受潮，导致跳闸接点短接，造成重瓦斯保护动作。例如大连一次变电站一组主变压器因气体继电器接线端子盒进水受潮，引发三侧断路器跳闸，全站停电。

引出电缆及二次回路故障气体继电器引出电缆绝缘损坏、二次回路接地或绝缘降低、击穿等问题，会造成跳闸回路接通，导致重瓦斯保护动作。如铁岭局中固二次变电站1号主变压器因有载调压开关重瓦斯保护电缆绝缘损坏，造成主变压器停运。

安装不良导致接线故障安装气体继电器时，若法兰压住继电器跳闸端子引线，会造成引线绝缘损坏、接点短接，引发保护动作。赤峰局元宝山一次变电站1号主变压器就因有载调压气体继电器安装不当，导致10条66KV线路及母线全停。07故障诊断与判别方法气体成分分析技术特征气体与故障类型对应关系不同故障类型产生特征气体不同，如过热故障产生乙炔、乙烯；放电故障产生氢气、一氧化碳；绝缘老化产生乙烯、乙炔等，可通过气体成分判断故障性质。色谱分析技术应用色谱分析可检测油中溶解气体组分及浓度，如某35kV、4.2MVA主变轻瓦斯动作，经色谱分析为裸金属过热，最终确定分接开关故障。气体量与故障严重程度关联轻瓦斯保护动作时气体积聚通常超过30ml，重瓦斯动作则因油流速度超过整定值，通过气体量及流速可评估故障严重程度。气体颜色与可燃性判断故障气体颜色和可燃性可辅助判断故障类型，如无色无味不可燃气体可能为空气进入，而有色可燃气体多为内部故障产生。故障性质判别流程

初步检查与气体收集气体继电器动作后，立即检查气体量、颜色及可燃性。如气体无色无味不可燃，可能为空气；若呈黄色、淡灰色且可燃，多为故障气体。

色谱分析与特征气体识别对气体及油样进行色谱分析，检测氢气、乙炔、乙烯等特征气体含量。例如，乙炔浓度超标提示放电故障，乙烯、甲烷升高可能为过热故障。

电气试验与设备检查开展直流电阻、绝缘电阻测试，检查分接开关、铁芯接地等部位。结合辽宁电网案例，分接开关动静触点错位会导致裸金属过热，引发轻瓦斯动作。

二次回路与外部因素排查检查二次回路是否短路、接地，排除端子箱进水、电缆绝缘损坏等问题。同时核实是否存在油温骤降、呼吸器堵塞等导致负压进气的外部因素。

综合判断与故障定位结合气体特征、试验数据及运行工况，区分内部故障（如匝间短路）、辅助设备异常（如冷却系统漏气）或误动作（如地震、新投运排气不彻底），精准定位故障点。

现场检查与试验方法01外观及安装检查检查气体继电器安装方向，红色箭头必须指向储油柜；检查法兰连接是否紧固，有无渗漏油；端子盒密封是否良好，防止进水受潮。

02气体性质初步判断轻瓦斯动作后，收集气体观察颜色：无色无味不可燃为空气；黄色不易燃为木质故障；灰色、黑色易燃为油或纸绝缘故障；无色有臭味易燃为电弧分解气体。

03绝缘电阻及回路测试用万用表测量继电器线圈直流电阻，应符合厂家标准；检查二次回路绝缘电阻，采用500V兆欧表，阻值应≥1MΩ，防止接地或短路。

04动作特性模拟试验轻瓦斯：通过专用气嘴缓慢充气至接点动作，记录气体容积（通常≥30ml）；重瓦斯：模拟油流冲击，调整流速至挡板动作，验证跳闸回路正确性。

05色谱分析与油质检测对气体继电器内气体及本体油样进行色谱分析，检测H₂、C₂H₂、CO等特征气体含量，结合DL/T722-2021标准判断故障类型及严重程度。08改进措施与预防策略

密封系统优化方案密封件选型与材质升级针对户外变压器密封垫易老化问题，选用耐温、耐紫外线的硅橡胶或氟橡胶密封件，替代传统丁腈橡胶，提升密封件在极端环境下的使用寿命，减少因密封件变硬、开裂导致的进气问题。

法兰连接结构改进优化法兰结合面加工精度，采用凹凸面配合设计，增加密封接触面积；螺栓连接采用力矩扳手按规定扭矩紧固，防止因法兰变形或螺栓松动导致的密封不严，从结构上减少渗漏风险。

焊接工艺质量控制对油箱、油枕等焊接部位采用氩弧焊等先进焊接工艺，加强焊后无损检测（如X光探伤），杜绝焊接砂眼、虚焊等缺陷，从源头消除因焊接质量问题引发的渗漏点。

负压区形成预防措施确保油枕下部与油箱连通管、气体继电器与油枕连通管上的蝶阀处于全开状态；安装时移除吸湿器下端密封胶圈，保证呼吸系统畅通，避免油温下降时变压器内部形成负压区导致空气吸入。

运行维护规范化措施定期检查与维护制度建立严格的定期巡检制度，每月检查气体继电器密封状况、引线绝缘及二次回路连接，每季度对呼吸器硅胶进行检查更换，确保呼吸系统畅通。

气体继电器专项检测每年开展气体继电器校验，包括轻瓦斯气体容积（30ml动作阈值）、重瓦斯油流速度（符合JB/T9647-1999标准）及干簧接点通断性能测试，确保保护逻辑准确。

油质与气体监测管理新投运或大修后变压器需进行真空脱气处理，运行中每半年开展油中溶解气体色谱分析，重点关注乙炔、氢气等特征气体含量，超标时及时排查故障。

操作规范与人员培训制定瓦斯继电器放气操作指引，明确缓慢开启阀门的操作流程；定期组织运维人员开展故障案例培训，提升对轻、重瓦斯动作原因的判别与应急处理能力。二次回路改进建议

强化回路绝缘检测与维护定期对二次回路电缆进行绝缘电阻测试，使用2500V兆欧表测量，确保绝缘电阻值不低于10MΩ；重点检查端子排、接线桩头的紧固情况，防止因松动导致接地或短路故障。优化跳闸回路设计与隔离将重瓦斯跳闸回路与其他控制回路物理隔离，采用独立的电缆屏蔽层接地；在跳闸回路中增设防误动中间继电器，实现"双重确认"逻辑，避免单一接点故障引发误跳闸。提升接线盒密封与防护等级选用IP65及以上防护等级的接线盒，密封圈采用耐油丁腈橡胶材质；在端子排上方加装防雨檐，底部开设排水孔，防止雨水、潮气侵入导致接点短路。完善二次回路监测与预警加装回路在线监测装置，实时采集电流、电压及温度参数，当检测到绝缘降低或接点异常时自动发出预警信号；建立二次回路定期校验制度，利用继电保护测试仪模拟故障工况，验证回路动作可靠性。设备选型与安装要求

气体继电器选型标准应依据JB/T9647-1999《气体继电器》标准选型，常用QJ系列如QJ