一款定量定壓可調(diào)節(jié)式變壓器有載開關(guān)補油裝置

林鵬洲 張曉彬 張承傳 劉瑤章 陳奕聰

[摘? ? 要]無論從油枕下面的連接管處、調(diào)壓開關(guān)的濾油機處、停電拆開有載開關(guān)頂部呼吸器管路進(jìn)行手工補油，都存在效率低下、管道口暴露在空氣中時間過長或者容易將氣泡打入有載調(diào)壓油箱的問題。為提高調(diào)壓開關(guān)的補充效率，研發(fā)一款定量定壓可調(diào)節(jié)式變壓器有載開關(guān)補油裝置，該裝置主要解決了手動補油時精度不足，耗費時間和人力過多，還有減少產(chǎn)生過多氣泡的問題，并通過使用該裝置得出改進(jìn)的方向和要點。

[關(guān)鍵詞]有載調(diào)壓開;補油;定量;定壓

[中圖分類號]TM621 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）10–00–03

An oil Replenishing Device of Transformer on Load Switch with Constant

Pressure and Adjustable Quantity

Lin Peng-zhou，Zhang Xiao-bin，Zhang Cheng-chuan，Liu Yao-zhang，Chen Yi-cong

[Abstract]No matter from the connecting pipe under the conservator， the oil filter of the pressure regulating switch， or removing the respirator pipeline on the top of the on load switch for manual oil replenishment after power failure， there are problems such as low efficiency， too long exposure time of the pipe opening in the air， or easy to blow bubbles into the on load pressure regulating oil tank. In order to improve the replenishment efficiency of the voltage regulating switch， a quantitative constant pressure adjustable type transformer on load switch oil replenishment device is developed. The device mainly solves the problems of insufficient accuracy， too much time and manpower when manual oil filling， and reduces the generation of too many bubbles. The direction and key points of improvement are obtained by using the device.

[Keywords]on load pressure regulation; oil replenishment; quantitative; constant pressure

1 背景

載調(diào)壓開關(guān)是高壓電力變壓器的重要組成部分，變電站電力變壓器有載調(diào)壓開關(guān)通常是油浸式的，并配置有獨立的油箱，油位計，輸油管和呼吸器。長期運行之后，可能出現(xiàn)密封膠圈老化等問題，導(dǎo)致油路的密封不良，出現(xiàn)不同程度的滲漏油情況，或因大量取油、絕緣油熱脹冷縮，造成油位過低的現(xiàn)象，將影響有載調(diào)壓變壓器的安全運行，因此在油位明顯下降時需要對有載調(diào)壓開關(guān)油箱進(jìn)行及時補油。

目前常規(guī)的有載調(diào)壓開關(guān)補油有3種方式：

（1）從有載調(diào)壓開關(guān)油枕下面連接管處補油，除了常規(guī)的退出有載開關(guān)瓦斯保護外，還存在拆除管道位置距離帶電部位距離過近，存在人身安全隱患，而且管道口暴露在空氣中時間過長，空氣中的水汽容易進(jìn)入有載調(diào)壓開關(guān)的油箱內(nèi)，造成箱內(nèi)變壓器油絕緣強度下降的問題。

（2）從有載調(diào)壓開關(guān)濾油器處補油，也需要退出瓦斯繼電器，目前補油裝置不易控制補油流速，容易在補油過程中產(chǎn)生過多氣泡進(jìn)入到有載調(diào)壓開關(guān)油箱內(nèi)，還是會造成絕緣強度下降導(dǎo)致的絕緣擊穿隱患。

（3）最安全的是停電補油，此時是拆開有載調(diào)壓開關(guān)頂部呼吸器管道進(jìn)行補油，由于補油量其實不大，特地停電補油在目前電網(wǎng)可靠性如此重要之下，不到萬不得已，一般不會特地停電來補油。

綜上所訴，在盡量避免停電的情況下對有載調(diào)壓開關(guān)進(jìn)行補油，就要做到安全距離足夠，又能控制油流速度，減少氣泡產(chǎn)生，同時避免管道口長時間暴露在空氣中導(dǎo)致水汽進(jìn)入有載調(diào)壓開關(guān)油箱造成絕緣下降。需研發(fā)一款無需使用外接電源，定量定壓可調(diào)節(jié)式變壓器有載開關(guān)補油裝置，提高有載調(diào)壓補油的便捷性和可靠性。

2 裝置控制依據(jù)

由于每一臺變壓器的有載調(diào)壓開關(guān)的每一個油位對應(yīng)的油量都不盡相同，而且即使同一臺主變的有載調(diào)壓開關(guān)每一個油位對應(yīng)的油量也是不同，因此需要采用一個能跟油位表的油位值成基本線性關(guān)系的物理量作為補油的計算量。

裝置采用了連通器的原理，在相同的環(huán)境溫度和運行工況的前提下，有載調(diào)壓開關(guān)油位表的油位值H1對應(yīng)有載調(diào)壓開關(guān)的實際油位H2本身就是成固定正比例系數(shù)α的關(guān)系。

h=α×H（α>0） （1）

其中，h為有載調(diào)壓開關(guān)的實際油位;

H為有載調(diào)壓開關(guān)油位表的油位值;

α為有載調(diào)壓開關(guān)油位表的油位值與有載調(diào)壓開關(guān)的實際油位本身的固定正比例系數(shù)。

然后有載調(diào)壓開關(guān)的實際油位h又跟補油裝置采集連接充油管的油壓值N成正比例系數(shù)β關(guān)系。

N=β×h（β>0） （2）

其中，N為補油裝置采集連接充油管的油壓值;

h為有載調(diào)壓開關(guān)的實際油位;

β為有載調(diào)壓開關(guān)油位表的油位值與有載調(diào)壓開關(guān)的實際油位本身的固定正比例系數(shù)。

因此可以得出補油裝置采集到的油壓值跟有載調(diào)壓開關(guān)油位表的油位值成比正比系數(shù)α×β關(guān)系。

N=α×β×H（α×β>0） （3）

其中，N為補油裝置采集連接充油管的油壓值;

H為有載調(diào)壓開關(guān)油位表的油位值;

β為有載調(diào)壓開關(guān)油位表的油位值與有載調(diào)壓開關(guān)的實際油位本身的固定正比例系數(shù)。

也就是說，有載調(diào)壓開關(guān)油位表的第N+1和第N油位值的差值ΔH對應(yīng)的補油裝置采集連接充油管的油壓差值ΔN也應(yīng)該是固定α×β的倍數(shù)，

即：ΔN=α×β×ΔH （4）

換句話說，只要知道有載調(diào)壓開關(guān)某一格的油位值對應(yīng)的補油裝置采集連接充油管的油壓差值，就能換算成補N格油位需要N倍的壓力差值（N為任意倍數(shù)，N不能大于當(dāng)前油位值到0或者最大油位值的格數(shù)）。

3 裝置工作原理

裝置由PLC控制單元、補油模塊、用戶交互界面、電源模塊和油流控制閥門等組成，如圖1所示。

（1）充油回路的工作原理：裝置由直流蓄電池供電，采用直流電機作為油泵，從進(jìn)油口獲取儲油罐的變壓器油，經(jīng)過過濾器過濾后，流經(jīng)油壓和油流傳感器，然后到達(dá)充油口進(jìn)入有載調(diào)壓開關(guān)的濾油機。

（2）控制回路的工作原理：如果是第一次采集的變壓器型號，需要設(shè)置PLC人工手動采集補上一格油位對應(yīng)的油壓傳感器變化的壓力差。然后記錄變壓器的型號、環(huán)境溫度和運行工況，記憶該壓力差作為基本補油單元值，在界面上輸入需要補的油位值，便可以通過PLC換算成壓力值增加多少倍的補油單元值即電機停止運轉(zhuǎn)，補油結(jié)束。其中要說明的是，由于補油時，油箱內(nèi)壓力不穩(wěn)定，采樣得來的壓力其實并不可靠，因此在補油值達(dá)到90 %時，直流電機停轉(zhuǎn)5s后再繼續(xù)補油到目標(biāo)壓力值。

（3）由于沒有配套真空泵，因此加裝多一個油速傳感器來實現(xiàn)定油量加油，既可以定油量加油，又可以在加油前定量排油排空裝置油管中的空氣，減少空氣中的水汽對油質(zhì)的污染。

4 裝置組裝布置

4.1 便捷性

由于該裝置的發(fā)明就是為了方便補油，因此便捷性的首位，裝置殼體采用不銹鋼板封裝，堅固耐用，底部有4顆可鎖定的萬向輪，方便運輸。文本顯示器（液晶觸摸屏）、指示燈及開關(guān)即顯示、輸入模塊，布置于頂部靠近電源模塊處。PLC作為處理單元置于顯示、輸入模塊和電源模塊中間，能縮短線材，減少信號傳輸損耗。顯示、輸入模塊采用頂部斜45°布置，在長途運輸過程中不容易被撞壞，同時也方便輸入和避免太陽光直射導(dǎo)致顯示屏看不清的問題。

4.2 安全性

考慮到采用市電交流220 V充電，裝置本身使用期間肯定會被油污染，因此充電口和蓄電池，即整個電源模塊應(yīng)遠(yuǎn)離進(jìn)出油口，減少火災(zāi)的發(fā)生。

4.3 可靠性

模塊化布置，標(biāo)準(zhǔn)接口，便于修理，一旦發(fā)生故障，只需要拆開側(cè)板即可馬上排查故障，更換損壞的模塊。

5 元件選型思路

（1）由于是專用設(shè)備，因此考慮到對象是變壓器的有載調(diào)壓開關(guān)，因此首先考慮的是油泵揚程、油流、接頭、充油過程中的油質(zhì)污染處理。

首先采用500 kV變壓器油枕作為油泵的最高揚程，選擇范圍不能小于5 m，由于有載調(diào)壓開關(guān)油箱較小，實際上不需要太大的油流，市面上銷售的大部分油泵都能滿足，功率盡可能選小，減少功耗。

其次，接口采用4分管徑，內(nèi)外部連接處采用寶塔接口，易于裝卸，材料也比較通用，容易購買。

再者，從儲油罐到裝置，難免會發(fā)生一定的污染，因此需要在油泵前裝設(shè)一個濾油器，考慮到油流不大需要太大，因此可以選用100目的濾油器。

（2）由于使用的環(huán)境是戶外，比較惡劣，因此處理單元選用工業(yè)級可編程邏輯控制器（PLC），配套觸摸屏由于面板在外部，盡量選用防水較高的產(chǎn)品。配套的擴展主要要考慮輸入輸出的數(shù)量，包括采用的油壓傳感器和油流傳感器輸入輸出數(shù)量加上文本顯示屏的輸入輸出還有開關(guān)的輸入輸出等。

（3）采樣單元有采樣范圍和精度的要求，油壓傳感器應(yīng)該在0～50 kPa，精度0.5，油流傳感器應(yīng)該在1～20 L/min，精度0.5才能保證正常工作。

（4）油泵的選擇需要控制精準(zhǔn)，不容易過載，不受電磁環(huán)境影響，構(gòu)造簡單且方便購買。而直流電機的調(diào)速性能優(yōu)良、過載能力較強、受電磁干擾影響小、維修成本低，因此油泵選擇直流油泵，考慮到市面蓄電池的成熟度，因此選擇DC24 V的直流油泵，然后配套兩個24 V的蓄電池，再根據(jù)續(xù)航時間來選擇，一般補油時間不會超過15 min，因此配套24 Ah的容量就足夠了。

6 實際測試及分析

實際測試時，選用35 kV某型號變壓器，由于該型號變壓器沒有裝備濾油機，因此在有載調(diào)壓開關(guān)的油枕注油口進(jìn)行補油，這樣的好處在于，從上往下補，油流擾動較小，也能減少氣泡的產(chǎn)生，同時也能測試一下油泵的揚程。

考慮到油流擾動，甚至是油流過大直接沖擊瓦斯繼電器，因此先退出有載調(diào)壓開關(guān)瓦斯保護，然后檢查有載調(diào)壓開關(guān)進(jìn)油閥關(guān)閉，擰開注油口的螺栓，換上專用帶有4分寶塔接口的注油口底板，上好密封圈再擰緊，加油前定量排油排空裝置油管中的空氣，然后連接底板接口和裝置的接口，固定好之后嘗試加一格油，得出初始壓力油壓差為441 Pa，距離目標(biāo)油位還差2個油位，因此設(shè)置增加2個油壓差，最后加上去的油位略高0.1個油位。放油后繼續(xù)測試得出以下表格：

由于初始壓力差是由肉眼觀察得出的單個油位值作為區(qū)間計算，因此存在客觀誤差，加上新加的單位油位誤差也是存在客觀誤差的，因此表格里不寫明實際感受，只用目標(biāo)壓力值誤差來評價實際測試效果。實際效果符合分析結(jié)論，由于初始壓力差的誤差存在，加上裝置本身的誤差，因此不可能存在0 %的誤差，對新加1格目標(biāo)壓力值誤差本身可以接受，換算成實際絕對誤差不超過3 cm，觀察新增油位值和誤差不存在絕對正比的關(guān)系，但是429的方差是最小，因此429應(yīng)該是最接近實際數(shù)值的單位油位值對應(yīng)的壓力差。其他數(shù)值明顯會存在隨著新增油位值增加目標(biāo)壓力值誤差變大。

7 結(jié)束語

7.1 優(yōu)點

該裝置實現(xiàn)了有載調(diào)壓開關(guān)自動注油功能，降低了對作業(yè)人員的經(jīng)驗要求;提高了注油作業(yè)的精確度和效率，減少作業(yè)時間，提高工作效率;采用自帶蓄電直流電源供電，擺脫了對作業(yè)現(xiàn)場電源配置情況的依賴;采用多種補油方式，方便作業(yè)人員根據(jù)需要選擇。

7.2 不足

該裝置對于一個類型設(shè)備首次使用定壓法，需要手動注油一格，依然存在自動化程度不夠高的問題;以一格油壓差作為基準(zhǔn)，受人員操作精度和表計油位指示與實際油位是否線性完美符合線性關(guān)系影響。

7.3 改進(jìn)方向

在該裝置上應(yīng)用表計識別技術(shù)，對當(dāng)前油位表實時值進(jìn)行監(jiān)控，取代油壓油量監(jiān)測，直接以表計示數(shù)作為反饋信號，將極大的簡化裝置機構(gòu)和程序邏輯，也將更加便于使用。

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