氣體繼電器在儲(chǔ)油柜膠囊破損監(jiān)測的應(yīng)用

蘇 文，黃道均，王志鹍，劉 流，過 羿，王 錳

(國網(wǎng)安徽省電力公司檢修公司，安徽 合肥 230000)

氣體繼電器在儲(chǔ)油柜膠囊破損監(jiān)測的應(yīng)用

蘇 文，黃道均，王志鹍，劉 流，過 羿，王 錳

(國網(wǎng)安徽省電力公司檢修公司，安徽 合肥 230000)

介紹了利用氣體繼電器監(jiān)測變壓器儲(chǔ)油柜膠囊破損、漏油的原理；結(jié)合某500 kV變電站主變C相呼吸器油封杯溢油現(xiàn)象，最終確定膠囊出現(xiàn)微小破損的實(shí)例，說明了氣體繼電器在變壓器運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測中的價(jià)值，為膠囊破損、漏氣監(jiān)測提供了參考依據(jù)。

氣體繼電器；儲(chǔ)油柜膠囊；呼吸器油封杯；溢油；破損

0 引言

作為變壓器的重要部件之一，儲(chǔ)油柜在保證本體內(nèi)變壓器油處于正常壓力并且充滿狀態(tài)、減少變壓器油與空氣的接觸面、減緩油的劣化速度等方面發(fā)揮著重要作用。常用的儲(chǔ)油柜分為普通型和密封型2種。隨著變壓器技術(shù)的發(fā)展，基于密封儲(chǔ)油柜改進(jìn)與外界空氣完全隔離的密封型膠囊儲(chǔ)油柜受到了廣泛關(guān)注與使用，效果很好。膠囊式儲(chǔ)油柜的膠囊隔絕變壓器油和外界空氣接觸，通過自身體積變化來反映變壓器本體油面高低。如果膠囊出現(xiàn)破損，變壓器油進(jìn)入膠囊與大氣直接接觸，長期運(yùn)行后，會(huì)加速變壓器油劣化，危及變壓器的安全運(yùn)行。

現(xiàn)提出利用氣體繼電器監(jiān)測膠囊的破損情況，并結(jié)合呼吸器油杯溢油現(xiàn)象進(jìn)行分析，確定了膠囊存在漏氣情況，并利用泡沫原理進(jìn)行漏點(diǎn)定位，對密封型儲(chǔ)油柜膠囊破損監(jiān)測提供了參考。

1 儲(chǔ)油柜與吸濕器結(jié)構(gòu)

1.1 儲(chǔ)油柜

儲(chǔ)油柜與變壓器本體連通，位置高于變壓器箱蓋。變壓器溫度變化導(dǎo)致變壓器油體積發(fā)生變化，油位相應(yīng)上升或下降，儲(chǔ)油柜可容納或?qū)Ρ倔w補(bǔ)充變壓器油?，F(xiàn)場使用較多的是密封型膠囊式儲(chǔ)油柜，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。膠囊內(nèi)部與大氣相通，當(dāng)溫度升高時(shí)油面上升，膠囊中的氣體通過與吸濕器相通的連管排出，膠囊縮?。环粗?，油面下降，膠囊通過吸濕器吸入空氣，體積增大。

圖1 膠囊式儲(chǔ)油柜結(jié)構(gòu)

1.2 吸濕器

吸濕器是一個(gè)圓形容器，上端通過聯(lián)管接到變壓器的儲(chǔ)油柜上，下端有孔與大氣相通。吸濕器主體為玻璃管，內(nèi)部盛有變色硅膠(或活性氧化鋁)作為干燥劑。吸濕器下部帶有油杯(盛油器)，作為空氣進(jìn)口處的過濾裝置。當(dāng)變壓器油體積由于變壓器負(fù)載或環(huán)境溫度變化而發(fā)生脹縮時(shí)，儲(chǔ)油柜膠囊內(nèi)的氣體將通過吸濕器來排氣或吸氣。

2 膠囊破損監(jiān)測

2.1 監(jiān)測方法

國外學(xué)者對儲(chǔ)油柜膠囊破損與漏氣監(jiān)測方法進(jìn)行了研究，取得了較多成果，如意大利學(xué)者研發(fā)的CPR系列專用繼電器，巴西學(xué)者設(shè)計(jì)的基于MBR傳感器與保護(hù)繼電器組合的裝置，前者在日本和歐洲應(yīng)用廣泛，后者在其本國或委內(nèi)瑞拉得到一定應(yīng)用，但因某些原因均未在我國得到廣泛應(yīng)用。

國內(nèi)對膠囊式儲(chǔ)油柜破損的監(jiān)測方法有：MBR傳感器配置保護(hù)繼電器法；CPR專用繼電器法以及氣體繼電器法。

(1)MBR傳感器配置保護(hù)繼電器法由一個(gè)安裝在膠囊內(nèi)部的特殊傳感器(具有LED發(fā)光功能)和安裝在就地控制箱內(nèi)的保護(hù)繼電器組成。膠囊破損時(shí)，特殊傳感器中的LED發(fā)射光被變壓器油吸收、發(fā)散，導(dǎo)致耦合電路失衡，發(fā)出報(bào)警信號。該方法可靠性高，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本太高。

(2)CPR專用繼電器法采用意大利生產(chǎn)的CPR繼電器，安裝于儲(chǔ)油柜上部。膠囊破損時(shí)，空氣進(jìn)入儲(chǔ)油柜，匯集至CPR繼電器；當(dāng)空氣達(dá)到一定容積時(shí)，浮子滾動(dòng)，發(fā)出報(bào)警信號。該方法結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高，缺點(diǎn)是成本高、對儲(chǔ)油柜與閥門密封要求較高。

(3)國內(nèi)使用較多的是氣體繼電器法，將氣體繼電器安裝于儲(chǔ)油柜與變壓器聯(lián)管上，膠囊通過法蘭和聯(lián)管與吸濕器相連。變壓器正常運(yùn)行時(shí)，氣體繼電器充滿油，浮子浮起，儲(chǔ)油柜內(nèi)除膠囊外沒有空氣，只是充滿變壓器油。當(dāng)膠囊破損時(shí)，變壓器油進(jìn)入膠囊，很有可能將本體與儲(chǔ)油柜連接的通道堵塞。這樣，儲(chǔ)油柜的油無法進(jìn)入變壓器本體。在本體油位下降后，瓦斯繼電器中少油或者無油后動(dòng)作。該方法成本低、熟悉方便，缺點(diǎn)是對氣體繼電器與閥門的密封要求較高。

2.2 氣體繼電器報(bào)警與呼吸器油杯溢油

2.2.1 氣體繼電器報(bào)警

2014-06-15，某500kV變電站2號主變C相氣體繼電器油面降低，開口杯降低到一定位置，其內(nèi)部磁鐵使干簧觸點(diǎn)閉合，接通信號電路，發(fā)出報(bào)警信號。在對變壓器油位復(fù)測后，未見變壓器油本體或冷卻器系統(tǒng)漏油。同時(shí)排除變壓器油溫降低引起的油體積縮小卻未能得到油枕補(bǔ)償(油枕油位原來偏低)等情況。對變壓器取油樣，未見異常，排除變壓器內(nèi)部故障產(chǎn)生氣體。繼續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)，氣體繼電器上部聚集較多空氣，判斷此為氣體繼電器發(fā)出報(bào)警信號的原因。氣體繼電器信號報(bào)警后，按運(yùn)行規(guī)程，立即對變壓器進(jìn)行檢查，記錄氣體繼電器內(nèi)部氣體量，并取氣樣及油樣做色譜分析。因氣體繼電器內(nèi)的氣體無色、無臭且不可燃，色譜分析判斷為空氣，變壓器可繼續(xù)運(yùn)行。同時(shí)對二次回路故障或變壓器內(nèi)部故障進(jìn)行逐一排查，未見異常。經(jīng)初步分析，排除變壓器內(nèi)部故障、二次回路故障引起輕瓦斯動(dòng)作報(bào)警的可能，而是變壓器儲(chǔ)油柜內(nèi)部膠囊存在破損，致使變壓器油進(jìn)入膠囊，導(dǎo)致油面下降引起輕瓦斯動(dòng)作報(bào)警的幾率最大。

2.2.2 油封杯溢油現(xiàn)象

6月16日，2號主變負(fù)荷為30萬kW，變壓器油溫在(47±0.5)℃，A，B相呼吸器呼吸緩慢，油封杯內(nèi)油位始終保持在油杯1/3位置。C相呼吸器呼吸劇烈，油封杯油位較高，基本充滿，如圖2所示。

圖2 呼吸器油封杯

6月18日，2號主變負(fù)荷為16.7萬kW，A，B，C三相油溫基本一致，A，B，C三相散熱器均在自動(dòng)投入位置，三相風(fēng)扇未啟動(dòng)。C相繞組溫度為56.4℃，油溫為54.2℃，C相呼吸器油封杯出現(xiàn)溢油現(xiàn)象。

2.2.3 原因分析

由于C相呼吸器呼吸劇烈，說明主變呼吸系統(tǒng)不暢通。另外，C相油封杯中的油位比A，B相高，可推斷C相油封杯中多出的油是從吸濕器管接頭處階段性溢出的，其可能原因如下。

(1)如呼吸系統(tǒng)正常，管道密封良好，膠囊無破損，則推測油封杯中溢出的油來自投運(yùn)前。如果投運(yùn)前溢油，在變壓器注入絕緣油時(shí)，絕緣油會(huì)進(jìn)入膠囊。外界溫度升高時(shí)，儲(chǔ)油柜油溫升高，膠囊體積減小，油會(huì)從膠囊中溢出。然而，在夏季時(shí)，該情況并沒有發(fā)生，因此這種情況不可能存在。

(2)如呼吸系統(tǒng)正常，管道密封良好，膠囊破損，在一定情況下，當(dāng)油枕中油位高于破損點(diǎn)時(shí)，油枕中的油會(huì)向膠囊內(nèi)滲漏。當(dāng)油枕油位低于破損點(diǎn)時(shí)，空氣進(jìn)入儲(chǔ)油柜內(nèi)部，匯集到氣體繼電器中，內(nèi)部油位下降，浮子落下，發(fā)出報(bào)警信號。同時(shí)，膠囊中少量油可能因?yàn)閴毫υ虻刮牒粑鞴艿乐?，并從油封杯中溢出。如果是這種情況，長時(shí)間運(yùn)行后，油枕中油位和膠囊中油位紅外測溫可能有分界點(diǎn)，可以利用紅外測溫確定。同時(shí)在這種情況下，隨著負(fù)荷的增大和環(huán)境溫度的升高，會(huì)發(fā)生同樣的溢油事件。

(3)變壓器呼吸系統(tǒng)異常，不存在膠囊破損情況，與油枕連接的真空閥存在微漏。理論上，油枕內(nèi)、膠囊外的空間里是充滿絕緣油的。如果呼吸管道和油枕之間的真空閥沒有關(guān)緊或存在微滲和微漏的情況，由于壓力的不同，油會(huì)向呼吸系統(tǒng)滲漏。油枕連接的真空閥微漏的絕緣油在膠囊向外排氣時(shí)，在氣流的作用下，會(huì)向呼吸管道排出。在呼吸管道內(nèi)，由于空氣壓力的不同，形成一定油柱(沒有形成油柱前，有少量的油溢入油杯，使油杯中的油位上升)，堵塞呼吸管道，可能會(huì)造成缺陷中描述的階段性“劇烈呼吸”。6月18日下午發(fā)生的溢油現(xiàn)象就是因?yàn)楹粑艿纼?nèi)部壓力不斷增大，造成絕緣油下移而導(dǎo)致的。如果是這種情況，短期內(nèi)油封杯中的油位還會(huì)慢慢上升，長時(shí)間后條件符合的情況下，還會(huì)發(fā)生油杯溢油現(xiàn)象；但缺陷是短期內(nèi)溢油現(xiàn)象，因此該情況不可能。

綜上所述，確定變壓器儲(chǔ)油柜呼吸系統(tǒng)正常，管道密封良好，膠囊破損，變壓器油進(jìn)入膠囊，導(dǎo)致油面下降，引起輕瓦斯動(dòng)作報(bào)警。同時(shí)，變壓器油溫度升高，使油進(jìn)入呼吸器管道，出現(xiàn)溢油現(xiàn)象。因此，必須及時(shí)進(jìn)行膠囊更換。

3 膠囊更換與檢漏

3.1 膠囊更換

對新膠囊進(jìn)行打氣檢查，檢查膠囊無泄漏、損傷，0.02MPa壓力下持續(xù)30min無明顯失壓，如圖3所示。

連接好管路，確保密封性良好，進(jìn)行儲(chǔ)油柜排油、新膠囊更換。拆除舊膠囊后發(fā)現(xiàn)膠囊內(nèi)部有大量變壓器油，認(rèn)為膠囊破損或密封不嚴(yán)。油枕排油完成后現(xiàn)場檢查，懷疑油枕進(jìn)油后造成油位計(jì)浮球移動(dòng)受阻，更換新膠囊后缺陷消除，正常發(fā)油位異常信號。

圖3 新膠囊充氣檢漏

3.2 泡沫法檢漏

對更換下來的儲(chǔ)油柜膠囊充氣至一定壓力并將其固定，清除膠囊表面油污，用手輕貼其表面，感受是否有風(fēng)。利用泡沫法檢漏時(shí)，將肥皂泡沫覆灑在膠囊表面，泡沫越多越好，使其表面全部濕潤，觀察是否存在氣孔，最終在膠囊中間位置找到了泄漏點(diǎn)。

4 結(jié)論

介紹了氣體繼電器在全密封膠囊儲(chǔ)油柜膠囊破損監(jiān)測中的應(yīng)用情況；結(jié)合呼吸器油封杯溢油現(xiàn)象，預(yù)測膠囊存在泄漏點(diǎn)，更換舊膠囊并確定了泄漏點(diǎn)位置。綜上所述，此方法成本低，操作簡單，為膠囊破損、漏氣監(jiān)測提供了重要的參考依據(jù)。

1郭清海．變壓器檢修[M]．北京：中國電力出版社，2005.

2丁在興．膠囊式儲(chǔ)油柜的結(jié)構(gòu)改進(jìn)及其安裝調(diào)試[J]．變壓器，2004，41(7)：46.

3孫建平．幾種儲(chǔ)油柜運(yùn)行情況的比較[J]．變壓器，2003，40(9)：33-35.

4席風(fēng)沛，矣欽建．膠囊式儲(chǔ)油柜吸濕器噴油事故分析[J].變壓器．2012，49(5)：87-88.

5司林杰，高偉廷，劉海濱．變壓器膠囊式儲(chǔ)油柜破損的監(jiān)測方法[J]．變壓器，2014，51(1)：43-44.

6黃衍臻．一臺(tái)220kV主變壓器膠囊式儲(chǔ)油柜油位異常原因分析及防范措施[J]．變壓器，2010，47(1)：72-74.

2017-01-02；

2017-03-22。

蘇文 (1987—)，男，助理工程師，主要從事 1000kV 及500kV變電一次設(shè)備檢修維護(hù)工作，email:suwen0706@163.com。

黃道均(1986—)，男，助理工程師，主要從事1000kV及500kV變電一次設(shè)備檢修維護(hù)工作。

王志鹍(1969—)，男，助理工程師，主要從事1000kV及500kV變電一次設(shè)備檢修維護(hù)工作。

劉流 (1988—)，男，助理工程師，主要從事 1000kV 及500kV變電一次設(shè)備檢修維護(hù)工作。

過羿 (1989—)，男，助理工程師，主要從事 1000kV 及500kV變電一次設(shè)備檢修維護(hù)工作。

王錳 (1988—)，男，助理工程師，主要從事 1000kV 及500kV變電一次設(shè)備檢修維護(hù)工作。