電力變壓器運(yùn)行負(fù)壓產(chǎn)生原因及危害

陳云鶴

（國(guó)網(wǎng)浙江永康市供電有限公司，浙江 永康 321300）

1 前言

變壓器的密封裝置無(wú)法起到應(yīng)有的作用，空氣和水會(huì)進(jìn)入變壓器，從而引起繼電器發(fā)生報(bào)警現(xiàn)象，進(jìn)而觸發(fā)開(kāi)關(guān)裝置，在嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生絕緣破壞事故。所以制造企業(yè)和用戶都會(huì)認(rèn)為負(fù)壓的產(chǎn)生是由于變壓器存在一定的設(shè)計(jì)問(wèn)題。并且在制造和技術(shù)改造方面并沒(méi)有考慮到從根本上解決壓力的措施，由于電纜管網(wǎng)的內(nèi)部沒(méi)有進(jìn)行有效的密封，油箱呼吸道堵塞。當(dāng)強(qiáng)油循環(huán)油管進(jìn)入空氣或者水分，就可能由于壓力大，發(fā)生一定的運(yùn)行事故，這對(duì)變壓器的安全運(yùn)行造成了極大的威脅，所以工作人員需要進(jìn)一步分析和研究這種現(xiàn)象，從根本上解決這個(gè)問(wèn)題。

2 負(fù)壓?jiǎn)栴}產(chǎn)生的原因

2.1 變壓器呼吸系統(tǒng)未閉合

當(dāng)變壓器的呼吸系統(tǒng)堵塞時(shí)，變壓器內(nèi)部的溫度就會(huì)升高，內(nèi)部壓力也會(huì)增大，當(dāng)壓力超過(guò)一定范圍時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致油注入壓力閥。在釋放壓力的過(guò)程中，輕質(zhì)瓦斯氣體會(huì)出現(xiàn)的一定的保護(hù)動(dòng)作，如果是運(yùn)用雙球組成的繼電器還會(huì)發(fā)生重瓦保護(hù)動(dòng)作。當(dāng)變壓器的油溫度下降，內(nèi)部壓力降低，和外部大氣對(duì)比，高于油位的部位就可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)壓?jiǎn)栴}，甚至導(dǎo)致外部水和空氣進(jìn)入變壓器，其結(jié)果無(wú)法想象。另外，過(guò)度的壓力會(huì)損傷和失效密封部件。在一定的壓力差異下，呼吸系統(tǒng)的地方也會(huì)發(fā)生突然的導(dǎo)通現(xiàn)象，并且會(huì)伴隨著輕質(zhì)氣體的保護(hù)作用[1]。

2.2 強(qiáng)油循環(huán)冷卻回路設(shè)計(jì)不合理

目前變壓器的設(shè)計(jì)考慮到油泵軸承的油路和磨損壽命等，一般情況下，繞組內(nèi)油速和油泵出口油速需要控制在一定范圍內(nèi)，油泵規(guī)定的旋轉(zhuǎn)速度也不能大于一定范圍，管道阻力特性曲線和變壓器油泵運(yùn)行特性曲線。一般情況下，冷卻器油路總壓力損失按循環(huán)油路的結(jié)構(gòu)和變壓器的電阻特性計(jì)算，冷卻器管道接近變壓器主機(jī)，油泵的壓力損失可忽略，如果壓力較低，負(fù)壓的可能小于下位結(jié)構(gòu)，負(fù)壓的可能性也較小。

雖然在油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)及要求等標(biāo)準(zhǔn)中并且沒(méi)有明確規(guī)定線路無(wú)負(fù)電壓，然而，目前幾乎所有的制造商都沒(méi)有在設(shè)計(jì)中滿足這一要求。一旦旁路環(huán)以及多回路結(jié)構(gòu)的老式潛水油泵堵塞，旁路軌道上就會(huì)在泵后部產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)。普通下過(guò)濾器濾網(wǎng)堵塞，也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)電機(jī)殼體產(chǎn)生負(fù)壓區(qū)，如制造過(guò)程中油泵殼體深孔有鉆孔，或深孔與下端的孔沒(méi)有完全對(duì)齊，當(dāng)油箱油位低于一定的油位時(shí)，或油泵電源電壓異常，流量超過(guò)設(shè)定值時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)包括冷卻器和管道在內(nèi)的負(fù)壓油泵進(jìn)油，或者管道設(shè)計(jì)不合理，可能會(huì)產(chǎn)生較大的渦流和負(fù)壓，因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這一因素。

2.3 套管自身負(fù)壓

在殼體制造過(guò)程中，如果真空在常溫下破裂，密封后會(huì)出現(xiàn)低溫和負(fù)壓現(xiàn)象。密封失效后，外部負(fù)壓氣體和濕氣進(jìn)入殼體，引起受潮問(wèn)題。此外，在操作和維護(hù)期間采集的油樣過(guò)多也可能導(dǎo)致負(fù)壓。因此，套管爆破問(wèn)題頻繁發(fā)生。此外，在極低溫地區(qū)，如內(nèi)蒙古和黑龍江北部冬季，夜間氣溫非常低。如果殼體未經(jīng)特殊處理，變壓器輕載或停運(yùn)，則殼體會(huì)因油冷收縮而產(chǎn)生負(fù)壓，如果負(fù)壓過(guò)高，則檢查殼體密封系統(tǒng)。因此，外殼在設(shè)計(jì)和制造時(shí)應(yīng)無(wú)壓力。由于油紙電箱內(nèi)充入的絕緣油是熱的，絕緣油會(huì)溶解氣體，使內(nèi)部壓力比初灌時(shí)降低，根據(jù)當(dāng)時(shí)油溫的不同，干燥的空氣或空氣被灌入氣體的上腔。自然注入的氣體逐漸溶解在絕緣油中，大約一年后達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，因此，應(yīng)考慮上述時(shí)間和溫度因素引起的下降。

2.4 穿纜套管的負(fù)擔(dān)

變壓器的正常工作油位置一般低于高壓管網(wǎng)頭，導(dǎo)向棒或電纜管網(wǎng)內(nèi)絕緣油和變壓器的連接部位存在工作壓力現(xiàn)象，特別是在真空加油和油箱一起注入時(shí)，由于在管內(nèi)注入油，這種現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重。一坦克油箱和高壓油箱的油量差距越大，浮壓現(xiàn)象就越嚴(yán)重，特別是500 kV 和以上套管裝置中，這種情況更為明顯。

2.5 其他條件下的負(fù)壓?jiǎn)栴}

2.5.1 要打開(kāi)的閥門沒(méi)有打開(kāi)

油箱和油箱之間的蝶閥或閥門一般應(yīng)該處于關(guān)閉狀態(tài)，但是安裝時(shí)，吸濕器下端密封墊未清除時(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致變壓器閥門失靈，上述閥門錯(cuò)誤關(guān)閉導(dǎo)致呼吸道受阻，氣溫下降時(shí)，變壓器主機(jī)的流量減少，無(wú)法及時(shí)補(bǔ)充油氣，如果夜間出現(xiàn)大雨，就會(huì)導(dǎo)致變壓器的油溫急劇下降，由于閥門關(guān)閉，氣體繼電器形成了負(fù)壓區(qū)，從而導(dǎo)致溶解在油中的氣體慢慢擴(kuò)散在繼電器中，從而導(dǎo)致繼電器出現(xiàn)一定的保護(hù)動(dòng)作。

2.5.2 冷卻裝置的入口閥關(guān)閉

冷卻器入口閥關(guān)閉，當(dāng)油泵開(kāi)啟時(shí)，油泵入口部分產(chǎn)生極強(qiáng)壓力，密封泄漏導(dǎo)致氣體繼電器頻繁動(dòng)作。例如，變壓器修理后，燃?xì)饫^電器運(yùn)行期間會(huì)突然進(jìn)行動(dòng)作，但色譜圖分析正常，檢查結(jié)果顯示冷卻器進(jìn)口閥堵塞，潛水泵向變壓器噴射空氣，使氣體繼電器頻繁動(dòng)作據(jù)悉，當(dāng)油泵打開(kāi)時(shí)，油不會(huì)進(jìn)入，這樣對(duì)散熱器有很強(qiáng)的壓力，散熱器會(huì)收縮，散熱器的油會(huì)在短時(shí)間內(nèi)放置在車身上，隨著體內(nèi)流量的增加，油會(huì)受高速油流影響，通過(guò)氣體繼電器和管道迅速流向油箱，由于煤氣繼電器的中氣體作用而引起開(kāi)關(guān)事故?；蛘咭话銇?lái)說(shuō)500kV 變壓器是通電的，當(dāng)油泵打開(kāi)后，出現(xiàn)了保護(hù)動(dòng)作，從而造成了開(kāi)關(guān)的觸發(fā)，原因就是因?yàn)樽儔浩魃崞鞯挠秃y關(guān)閉錯(cuò)誤，下部油蝴蝶閥正常開(kāi)啟位置，當(dāng)油泵通電開(kāi)啟時(shí)，散熱器的油迅速進(jìn)入車身，產(chǎn)生氣體繼電器的動(dòng)態(tài)油流保護(hù)動(dòng)作。

2.5.3 片式散熱器強(qiáng)油循環(huán)方式的油泵開(kāi)啟時(shí)

由于偏轉(zhuǎn)散熱器的散熱片是彈性體，所以會(huì)在正壓下體積收縮或膨脹。此外，驅(qū)動(dòng)裝置停止，不流動(dòng)的油對(duì)瞬時(shí)流動(dòng)的阻力最大。當(dāng)偏轉(zhuǎn)散熱器強(qiáng)油循環(huán)模式油泵打開(kāi)時(shí)，流動(dòng)阻力大，短期內(nèi)無(wú)法補(bǔ)充油，導(dǎo)致散熱器內(nèi)有負(fù)荷，同時(shí)散熱器內(nèi)的油從機(jī)體排出時(shí)，主機(jī)油量會(huì)立即增加。如果問(wèn)題嚴(yán)重，可使用氣體繼電器的油流動(dòng)作開(kāi)關(guān)。一般配置多臺(tái)油泵，以適應(yīng)偏置散熱器的強(qiáng)油循環(huán)方式，如同開(kāi)機(jī)時(shí)，由于油量大，散熱器在短時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生較大的負(fù)荷，即油泵的出油口大于散熱器的出油口，多余的油排入主機(jī)，通過(guò)氣體繼電器和管路迅速流向油箱，油量大轉(zhuǎn)速沿氣體繼電器方向流動(dòng)，當(dāng)偏壓過(guò)高時(shí)，當(dāng)油速超過(guò)氣體繼電器中氣體的作用策略時(shí)，如500kV 和220kV 變壓器調(diào)試時(shí)，會(huì)發(fā)生切換事故。兩臺(tái)機(jī)組啟動(dòng)后，將產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)氣體繼電器油流的油泵開(kāi)關(guān)。

3 出現(xiàn)運(yùn)行負(fù)壓的結(jié)果

3.1 變壓器因呼吸系統(tǒng)發(fā)生跳閘問(wèn)題

比如變壓器在正常情況下，突然發(fā)生跳閘問(wèn)題，并且突然對(duì)氣體啟動(dòng)保護(hù)動(dòng)作，經(jīng)過(guò)檢查分析，對(duì)系統(tǒng)無(wú)影響，并且發(fā)現(xiàn)是由于氣道堵塞引起的，導(dǎo)致?tīng)t內(nèi)產(chǎn)生油流沖擊，引起氣體保護(hù)動(dòng)作和氣體繼電器的保護(hù)動(dòng)作。

3.2 冷卻回路負(fù)壓進(jìn)水

目前，強(qiáng)油冷卻回路中的連續(xù)壓力問(wèn)題最為嚴(yán)重，在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中不理解設(shè)計(jì)規(guī)范和用戶識(shí)別錯(cuò)誤，界面不使用焊縫作為密封面。運(yùn)行中，由于振動(dòng)或外力，安裝過(guò)程中的殘余應(yīng)力或基礎(chǔ)沉降等，導(dǎo)致泄漏或運(yùn)行老化問(wèn)題。如果不起作用，空氣從泄露的部分進(jìn)入保護(hù)氣體，頻繁報(bào)警會(huì)使絕緣子受潮進(jìn)入水中，氣體進(jìn)入繞組或其他區(qū)域時(shí)會(huì)發(fā)生局部放電，這將導(dǎo)致絕緣性能惡化，并導(dǎo)致絕緣的間隙。

3.3 低溫油樣品或管道頻繁取樣后的負(fù)壓

當(dāng)維持蓄電殼體內(nèi)部的套管末端密封失效時(shí)，就在采樣過(guò)程中會(huì)有濕氣或外部空氣進(jìn)入，進(jìn)水后套管的絕緣性能下降，空氣進(jìn)入還會(huì)導(dǎo)致放電和絕緣，這兩種情況都會(huì)導(dǎo)致爆炸事故，造成絕緣電阻明顯下降。根據(jù)物理檢測(cè)結(jié)果顯示，石油儲(chǔ)罐彈簧和支承板出現(xiàn)生銹問(wèn)題，電氣容器的鐵芯棒表面，從下面的零點(diǎn)到外殼的金屬接地部分，有掉落的痕跡。下端的第一個(gè)和第二個(gè)顯示中可以找到泄露點(diǎn)和放電點(diǎn)。

4 消除變壓器工作負(fù)荷的措施

4.1 設(shè)計(jì)與制造

4.1.1 合理選擇油泵頭

確定變壓器在油泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該在溫度上升條件下合理選擇冷卻電路的油流量和油泵頭，以降低油流速度，增加油流，增加油泵的量定有利于降低值。

4.1.2 提高油箱高度

工作人員應(yīng)最大限度地增加油箱的安裝位置，并且適當(dāng)減少冷卻電路交叉點(diǎn)的負(fù)壓值，如果油箱的最低油位高于穿孔電纜插口，可避免流入水濕式絕緣破裂事故，并保持較高的油量也有助于防止工作壓力現(xiàn)象。

4.1.3 應(yīng)使用內(nèi)油式的金屬膨脹箱

內(nèi)油型金屬膨脹油箱的重要特點(diǎn)之一是內(nèi)油型金屬膨脹油箱的變壓器油在運(yùn)行過(guò)程中保持微壓狀態(tài)，這也是產(chǎn)生微壓的原因之一，油箱波紋芯金屬不銹鋼使用材料加工成特殊波紋結(jié)構(gòu)。另一個(gè)原因是，波紋芯的壓力平衡板可以調(diào)節(jié)壓力，這種特性可以降低負(fù)壓產(chǎn)生的頻率。

4.2 工藝處理

在出廠前，除了要對(duì)管道進(jìn)行壓力嚴(yán)密性試驗(yàn)外，還應(yīng)進(jìn)行真空嚴(yán)密性試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后，向氣室注入一定量的干氮?dú)饣蚩諝?，并且使管道?nèi)處于微壓狀態(tài)的氣室保持微靜壓，這可以有效防止管道故障的發(fā)生。

4.3 操作和維護(hù)

用于充氣的微膨脹管對(duì)油樣的提取有一定的限制，等空氣強(qiáng)度越高，可按廠家說(shuō)明書使用，其次，在運(yùn)行中應(yīng)定期進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，如有損壞或容量異常，應(yīng)查明原因。

5 結(jié)語(yǔ)

變壓器在運(yùn)行過(guò)程中，存在內(nèi)部負(fù)壓現(xiàn)象，主要是由于外部空氣和水分進(jìn)入變壓器，氣體繼電器的保護(hù)動(dòng)作。所以在對(duì)變壓器進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)避免內(nèi)部壓力，并在運(yùn)行和維護(hù)過(guò)程中保證變壓器的有效運(yùn)行。