一種變壓器自動取氣裝置的設計

王明欽 劉 瑞 張寶山 郭美榮 張洪東 劉洪波

（1.國網(wǎng)臨沂供電公司 2.山東電工運檢工程有限公司 3.沈陽新工電氣有限公司）

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，對電力負荷的需求也越來越高，需要時刻關(guān)注電力設備的安全運行確保電力需求的滿足。電力變壓器是發(fā)、輸、變、配電系統(tǒng)中的重要設備之一，它的性能、質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)運行的可靠性和運營效益，其中變壓器的故障在很大程度上制約著電力系統(tǒng)的正常運行，對故障的分析尤為重要。對變壓器的外部故障診斷，可以通過外觀檢測進行分析判斷。對其內(nèi)部故障診斷，需要通過分析絕緣油中溶解氣體來判斷，而在整個分析過程中，氣體的準確分析在一定程度上決定了變壓器內(nèi)部故障判斷的正確性，所以對氣體的分析提出一定的高要求。

傳統(tǒng)的檢測方式，采用取油的策略，不能直接提取所含氣體量，需要通過對絕緣油的提取，從中分析油中特征氣體的含量，而這種策略，需要留出一定的時間進行取油，這樣會造成部分氣體再次回到油中，導致氣體分析不準確，而此種取氣設備可以實現(xiàn)自動控制排氣取樣和人工遠程控制排氣取樣，實現(xiàn)油樣和氣樣的雙重提取，同時保障人員的生命安全，且進一步提高檢測的準確性。

經(jīng)研究，目前國內(nèi)對于變壓器油中取氣的方法部分學者有從基于頂空取氣的角度來入手分析變壓油的脫氣裝置［1］；也有從色譜檢測器現(xiàn)階段存在的穩(wěn)定性、脫氣單元氣密性、脫氣單元設計工藝、出峰值數(shù)據(jù)讀取算法等問題入手分析變壓器油溶解氣體監(jiān)測裝置［2］；還有的從影響取樣精度的因素入手分析，并將單片機技術(shù)應用到取樣裝置的研究中［3］；本文基于對國內(nèi)當前取氣裝置的研究、油氣分離器裝置的研究、變壓器故障診斷等文獻的閱讀［4－10］，以及結(jié)合實際情況，綜合分析，研制變壓器自動取氣裝置。

1 結(jié)構(gòu)設計

1.1 總體概述

變壓器自動排氣取樣器（以下簡稱“取樣器”），為油浸變壓器上使用的一種自動控制排氣取樣和人工遠程控制排氣取樣的專用裝置。它通過導管與氣體繼電器連接，實現(xiàn)對氣體的自動控制排放和人工遠程控制排放，并在排放完畢后保留100ml氣樣，在實現(xiàn)非人工現(xiàn)場作業(yè)排放氣體的同時，也為化驗員提供一種操作簡單和不受時間約束的取氣樣方式，保障作業(yè)人員的安全。

該取樣器如下圖所示，主要由導管、油氣分導器、中間繼電器、端子排、電磁閥、排油測試按鈕、角通式排氣閥、直通式排油閥、氣樣保留瓶、油封盒、油封卡裝機構(gòu)、箱體、透視蓋和翻蓋等部分及相關(guān)零件組成。連接氣體繼電器的氣體報警信號，可以實現(xiàn)氣體的自動控制排放，連接控制按鈕可以實現(xiàn)人工遠程控制排放。

圖 整體結(jié)構(gòu)圖

1.2 結(jié)構(gòu)設計參數(shù)（見表1～表3）

表1 磁簧開關(guān)額定容量

表3 中間繼電器

適應地區(qū)：一般地區(qū)和濕熱帶地區(qū)。

環(huán)境溫度：－40～45℃。

表2 電磁閥

取氣量：＜100ml。

密封性能：承受氣壓試驗0.2MPa無滲漏。

2 工作原理

正常運行中氣體繼電器充滿變壓器油，油氣分導器的下部也充滿變壓器油，分導器下部的常閉磁簧開關(guān)處于導通狀態(tài)，中間繼電器電源控制回路在接通中。當氣體繼電器內(nèi)氣體聚積量大于250ml并發(fā)出氣體報警后，中間繼電器的線圈啟動回路接通，電磁閥開啟，變壓器油經(jīng)排放軟管排出。當導管內(nèi)變壓器油排放完畢，氣體進入油氣分導器內(nèi)，常閉式磁簧開關(guān)切斷中間繼電器的電源回路，電磁閥關(guān)閉并停止排油。

2.1 油氣分導原理

油氣分導的主要原理是重力沉降分離和碰撞分離。沉降分離是利用兩種介質(zhì)的密度差，把液滴從氣體中沉降下來［11］。油氣分導排放原理是將分段導出的油和氣，通過分導器的控制，經(jīng)不同的路徑排出，氣體的排放控制是通過對油的排放控制實現(xiàn)的，油的排放指令來自氣體繼電器的氣體報警信號或控制按鈕。

此時氣體經(jīng)角通式排氣閥、氣樣保留瓶和油封盒及排放軟管排出。

氣體排放完畢后，變壓器油重新進入油氣分導器內(nèi)，氣體排放口關(guān)閉，變壓器油停止補入，但有100ml氣體被封存在氣樣保留瓶中。

2.2 氣樣留存原理

氣樣保留瓶總成由氣樣保留瓶、氣體排放頭和排氣推桿組成，氣樣保留瓶在安裝時，上下兩端的自封閥處于壓縮開啟狀態(tài)，氣體可以流通；當氣樣保留瓶被取下后，兩端自封閥閥桿向外彈出，將氣體封存在氣樣保留瓶內(nèi)；氣樣保留瓶取下后安裝氣樣排放頭和排氣推桿可取出氣樣。

3 功能實現(xiàn)

3.1 自動控制排放部分

1）電源220V接端子排1～2點。

2）氣體繼電器氣體報警信號X1接端子排3～4點，實現(xiàn)氣體自動控制排放，當用于智能變壓器和無人值守機站使用時，必須使用X1信號控制。

3.2 人工遠程控制排放部分

1）如遇技術(shù)壁壘無法實現(xiàn)自動控制排放，可將電源220V接端子排1～2點，按鈕K接端子排3～4點，實現(xiàn)氣體的人工遠程控制排放；

2）控制按鈕必須選常閉式接通恢復按鈕；

3）按鈕的設置地可選在主控室的氣體報警器的面板上，但按鈕控制回路要受氣體報警信號控制，防止在無氣體時誤操作產(chǎn)生排油現(xiàn)象；

4）人工遠程控制按鈕的設置為取樣器之外的設計范疇，本公司只提供技術(shù)路徑和方法，實際應用中還可衍生出其他控制排放方法，如自動控制與人工遠程控制的雙重控制排放等，僅供參考。

3.3 排油測試部分

用以檢驗控制排放系統(tǒng)是否正常，“開啟”按一下即開始排油，“關(guān)閉”按一下即排油停止。

3.4 導管部分

1）將導管7的M8絲頭擰入氣體繼電器排氣接口；

2）將導管沿變壓器側(cè)壁由高向低走向固定，不許升高和盤圈；

3）鋸掉多余導管，倒鈍內(nèi)外銳角，清理內(nèi)孔殘渣，插入分導器上接頭9內(nèi)不小于30mm，再擰緊螺帽固定；

4）運行中角通式排氣閥12開啟，直通式排油閥17關(guān)閉，排氣軟管插入排油軟管的三通接頭上將殘液經(jīng)一個路徑排放。

3.5 氣樣的提取部分

1）當氣體排放完畢后要取走氣樣時，將油封盒20的手柄下拉15mm向右 （或左）轉(zhuǎn)約30度卡固；

2）將氣樣保留瓶15下移，使上接頭與角通式排氣閥接口脫離，斜置并繼續(xù)下移取出。氣樣保留瓶被取下后，上下自動密封閥將瓶內(nèi)氣樣密封；

3）取氣前在氣樣保留瓶的上下密封閥處，分別擰上氣體排放頭29和排氣推桿30，鎖緊螺母19退出螺紋旋合狀態(tài)，推動排氣推桿即可排出氣樣；

4）氣樣保留瓶的安裝與退卸的程序相反，但必須將活塞拉至取氣瓶手柄端，擰鎖緊螺母19固定，擰下氣體排放頭29和排氣推桿30后安裝。

4 注意事項

1）導管可以對氣體平行導引輸送，禁止上行坡度和盤圈固定，當平行走向距離大于2m時，建議在硬管內(nèi)穿過架設并固定。

2）在保證導管規(guī)范架設固定情況下，氣體可以完成遠距離輸送排放，建議取樣器設置在高壓禁區(qū)之外使用。

3）導管接頭和分導器上接頭的密封，由兩個0形膠圈插接密封實現(xiàn)，安裝中如有損壞或丟失，將盒內(nèi)備品換上即可。

4）套裝在氣樣保留瓶上口和油封盒上口處的膠圈為易損件，用戶使用備品自行更換。

5）在取樣器的箱體26底部有備裝預留孔Ⅰ和Ⅱ二組，適合傳統(tǒng)導氣盒（取氣盒）安裝替換，更換時應取下氣樣保留瓶找到相應點位，擰下密封螺釘即可安裝固定。

5 結(jié)束語

自動取氣裝置的研制和應用，一方面解決變壓器直接提取氣樣的需求，另一方面也為分析變壓器故障提供了另一層面的直接研究，在確保人員安全的情況下，對變壓器進行分析，為變壓器的正常運行提供保障。