充氮氣油浸式變壓器取油樣技術探討

吳鑫杰

(寧波寶新不銹鋼有限公司，浙江 寧波 315800)

0 前言

油浸式變壓器由于散熱好、損耗小、容量大、成本低等優(yōu)點，已成為電網中應用最廣泛的電力變壓器[1-2]。在油浸式變壓器長期運行過程中，內部的絕緣系統(tǒng)(如絕緣材料和礦物絕緣油)受到溫度、氧氣、水分等眾多因素的影響而逐漸老化，產生氫氣、甲烷、乙炔、乙烯、乙烷、一氧化碳、二氧化碳等氣體[3-5]，嚴重時會影響變壓器正常工作，大大縮短使用壽命。

因此，分析變壓器油中溶解氣體對盡早發(fā)現變壓器內部的潛伏性故障具有很重要的意義。為判斷油浸式變壓器的內部工作情況，需要定期取一定量的變壓器油(即取油樣)進行耐壓試驗、理化分析和氣相色譜分析等。

油浸式變壓器內部一般不充氮氣，其取油樣技術(即常規(guī)的取油樣技術)也比較成熟?？墒菍炔砍涞獨獾挠徒阶儔浩魅∮蜆蛹夹g介紹卻很少，幾乎沒有。如果采用常規(guī)的取油樣技術，很容易出現空氣倒吸進入充氮氣油浸式變壓器內部，而油樣無法取出的現象，長時間后會加速絕緣材料老化，縮短其使用壽命。

1 充氮氣油浸式變壓器

充氮氣油浸式變壓器與不充氮氣油浸式變壓器的工作原理、內部結構、參數性能基本相同，一般都由油箱、變壓器器身和輔助設備3部分組成。油箱是油浸式變壓器的外殼，變壓器器身置于油箱內，箱內灌滿變壓器油。

不充氮氣油浸式變壓器一般配有儲油柜(又稱油枕)，儲油柜位于變壓器油箱上方。儲油柜的作用就是保證油箱內始終充滿變壓器油，減小油面與空氣的接觸面，從而減緩變壓器油和絕緣材料的老化。

在充氮氣油浸式變壓器的油箱頂部充滿一層干燥的、純度極高的氮氣。由于氮氣是惰性氣體，且它的膨脹系數比變壓器油的膨脹系數大，因此確保了油箱內的變壓器油與空氣的隔離，起到儲油柜的效果。與不充氮氣油浸式變壓器相比，充氮氣油浸式變壓器隔離空氣的效果更好，尤其是基本杜絕了外部濕度對其內部絕緣系統(tǒng)的影響。

變壓器油有幾個作用：絕緣作用，主要是隔絕空氣，避免部件因與空氣接觸受潮而引起的絕緣能力降低；保護鐵心和繞組組件，延緩空氣中氧氣對絕緣材料的侵蝕；散熱作用，及時把鐵心產生的熱量通過熱循環(huán)散發(fā)到變壓器外面；消弧作用，消除變壓器轉換開關切換時產生的電弧。

運行中的變壓器發(fā)生外部故障時，操作人員可以直接觀察到。但當變壓器內部發(fā)生故障如過熱、放電時，變壓器油和固體絕緣會加速分解出氫氣、乙炔、一氧化碳等氣體，這些氣體基本都溶解在變壓器油中。由于變壓器氣體繼電器動作需要有一個氣體積累過程，這時直接分析已經溶解在油中的特征氣體，將有助于檢測出早期故障。

工程經驗證明，變壓器油中氣體各種成分含量的多少和故障的性質及程度直接相關。因此在變壓器運行過程中，定期取油樣測量溶解于變壓器油中的氣體組織成分和含量，對于及早發(fā)現油浸式變壓器內部存在的潛伏性故障有非常重要的意義。

2 常規(guī)的取油樣技術

常規(guī)的取油樣技術很成熟，適用于不充氮氣油浸式變壓器取油樣，操作過程如：選擇天氣晴好、溫度較高、濕度較低的日子；用干凈的布擦拭變壓器底部油樣管出口端；慢慢打開變壓器底部放油閥管回路的放油閥，變壓器油就會從油樣管出口緩緩噴射出來；用油樣瓶接住適量的變壓器油，沖洗瓶子兩次；用油樣瓶接取規(guī)定容量的變壓器油；關閉放油閥，做好油樣瓶密封工作和現場清理，本次取油樣結束。

3 存在問題及解決方案

充氮氣油浸式變壓器的油箱頂部充有氮氣，當外部氣溫變化、變壓器負荷改變、內部氮氣量減少時，充氮氣油浸式變壓器內部壓力會發(fā)生變化，可能出現正壓，也可能出現負壓。

因此，在充氮氣油浸式變壓器取油樣時，經常會出現這樣的情況：慢慢地打開閥門，變壓器油沒有流出來，反而聽到有空氣倒吸“哧哧”的聲音。當吸入變壓器內部的空氣數量累積較多后，就會加速內部絕緣系統(tǒng)的老化，縮短變壓器使用壽命。

為了解決這個問題，減少外部空氣倒吸進入充氮氣油浸式變壓器內部，對充氮氣油浸式變壓器的放油管回路進行全面的改造。在原有的放油管回路基礎上增加了一套壓力測量和氮氣補充系統(tǒng)，由三通、壓力表、截止閥、氮氣閥和氮氣瓶組成，改造前后的結構示意如圖1所示。

圖1 放油管回路對比示意

4 新的取油樣技術

通過對充氮氣油浸式變壓器放油管回路的改造，目的是要實現充氮氣油浸式變壓器取樣管氮氣隔離正壓取油樣，具體取油樣操作過程如下。

(1)選擇天氣晴好或濕度小的干燥天氣，采樣時要嚴防沙塵等雜物侵入。

(2)放油閥處于關閉狀態(tài)，打開截止閥，打開氮氣閥，打開氮氣瓶放氣30 s，進行管路吹掃。關閉截止閥，讓壓力表處于正壓狀態(tài)，關閉氮氣閥。

(3)打開放油閥，30 s后查看壓力表的情況。若壓力表處于負壓狀態(tài)，一般建議本次不取油樣，待環(huán)境氣溫升高后再取油樣。關閉放油閥，打開截止閥，打開氮氣閥，放氣30 s后，關閉氮氣瓶，關閉氮氣閥，關閉截止閥。特殊情況一定需要取油樣時，打開氮氣閥，往變壓器內部補充氮氣，直到壓力表顯示正壓為止，關閉氮氣閥。

(4)若壓力表處于正壓狀態(tài)，打開截止閥，放出適量變壓器底部積存的污油，并擦凈截止閥，再用變壓器油沖洗干凈。

(5)用變壓器油將油樣瓶沖洗兩次，并將瓶塞洗凈后，方可灌瓶。

(6)將油樣灌入樣瓶后，應立即將瓶塞蓋好，并用石蠟封嚴瓶口，以防受潮。

(7)取樣結束后，關閉放油閥，打開截止閥，打開氮氣閥，放氣30 s后，關閉氮氣瓶，關閉氮氣閥，關閉截止閥。

(8)油樣瓶啟瓶時，室溫應接近取油樣時的溫度，否則油樣會受潮，影響試驗結果。

5 實施效果

2012年1月對現有充氮氣油浸式變壓器放油管回路進行改造，解決了充氮氣油浸式變壓器取油樣時，容易出現的空氣倒吸進入變壓器內部的問題，大大提高了變壓器運行的可靠性和安全性。整個取油樣操作過程僅僅需要5 min，操作簡單方便。另外，改造后的管路部分可以整體或部分拆卸，移動使用，具有一定的推廣價值。

6 結束語

隨著人類社會快速發(fā)展，經濟水平不斷提高，電力能源面臨著越來越多的需求。油浸式變壓器作為最基本的供配電設備，將會應用在越來越多的領域。因此，油浸式變壓器取油樣技術、耐壓試驗、理化分析和氣相色譜分析顯得尤為重要。同時隨著科學技術的發(fā)展，也會有新的檢測手段出現。

[1] 陳曦,錢之銀,汲勝昌,等. 基于熱路模型的變壓器內部溫升計算方法研究[J].絕緣材料,2015,48(04):61-65.

[2]趙莉華，王釋穎.油浸式變壓器高溫絕緣材料的研究現狀[J].絕緣材料，2016，49(4):1-6.

[3]李軍,董立文,趙紅.油浸式變壓器的老化和壽命評估[J].高電壓技術，2007，33(3):186-187.

[4]廖瑞金,楊麗君,鄭含博,等.電力變壓器油紙絕緣熱老化研究綜述[J].電工技術學報,2012,27(5):1-12.

[5]路長柏.電力變壓器絕緣技術[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,1997.