一起1000 kV變壓器油位異常動(dòng)態(tài)的分析及處理

陳志鵬 陳韶輝 吳承福 唐亞鵬 漆 羕

（國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司超高壓分公司，浙江 杭州 311121）

0 引言

變壓器油是一種穩(wěn)定性好、黏度小、絕緣強(qiáng)度高、冷卻性優(yōu)良并經(jīng)石油分餾的混合物。變壓器的主要作用是絕緣、冷卻，另外在有載開關(guān)、油斷路器中具有消弧功能。變壓器需要設(shè)有油枕，確保變壓器油箱在任何工況下均能充滿絕緣油，而且油枕的設(shè)置還能夠預(yù)防變壓器油的體積隨著油溫的變化而膨脹或縮小?？傊?，油枕能夠起儲(chǔ)油和補(bǔ)油作用，以保證油箱內(nèi)充滿油，減小變壓器本體與空氣的接觸面，減緩油的劣化速度。為了使變壓器器身和套管下部能可靠地浸入油中，以保證變壓器安全運(yùn)行，因此需要在油枕的側(cè)面裝有油位計(jì)，專門用來(lái)監(jiān)視油位的變化[1]。一旦油位計(jì)本身出現(xiàn)異常，運(yùn)行人員就會(huì)失去對(duì)變壓器油位的監(jiān)視，將危及變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

該文針對(duì)一起特高壓1000 kV變壓器運(yùn)行中發(fā)生的油位指示與實(shí)際油位不一致的異常情況，通過(guò)油位計(jì)的結(jié)構(gòu)及后續(xù)解體檢查情況判斷出導(dǎo)致油位異常的根本原因是油位計(jì)的浮子內(nèi)部進(jìn)油。最后分析總結(jié)變壓器出現(xiàn)油位異常時(shí)的多種原因和對(duì)應(yīng)檢查處理方法，對(duì)變壓器日常運(yùn)維檢修具有借鑒意義。

1 異常情況

1.1 設(shè)備基本情況

某特高壓站某主變C相由保定天威保變電氣股份有限公司生產(chǎn)，型號(hào)為ODFPS-1000000/1000。

該主變油位計(jì)由大連世有電力科技有限公司生產(chǎn)，型號(hào)YZF3-186×296（TH），其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該油位計(jì)是通過(guò)液壓機(jī)械傳動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)來(lái)完成油位測(cè)量的，油位計(jì)根據(jù)兩個(gè)浮子在油枕中的位置來(lái)檢測(cè)實(shí)際油位。實(shí)際測(cè)量油位時(shí)，浮子會(huì)帶動(dòng)浮子連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)安裝在油枕外壁的傳感器和毛細(xì)管，傳到指示儀表的液壓系統(tǒng)。

圖1 油位計(jì)結(jié)構(gòu)組成

液壓系統(tǒng)再通過(guò)液壓轉(zhuǎn)換模式，將液壓產(chǎn)生的位移轉(zhuǎn)化為指示表計(jì)的油位指針指示。兩個(gè)波紋管和連接管組成了液壓系統(tǒng)。波紋管有兩個(gè)作用，第一是當(dāng)浮子的位置出現(xiàn)變化時(shí)，會(huì)在波紋管中產(chǎn)生位移，再傳遞給指示儀表。第二是溫度補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

1.1 異常情況

2015年7月13日，運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)某主變C相油位指示相對(duì)其他兩相油位指示明顯較低，且不符合油溫-油位曲線，而A、B兩相油位指示符合油溫-油位曲線。

經(jīng)過(guò)紅外測(cè)溫實(shí)際測(cè)量該主變?nèi)嘤臀?，發(fā)現(xiàn)油位符合油位-油位曲線，三相實(shí)際油位未發(fā)現(xiàn)明顯差距，現(xiàn)場(chǎng)檢查主變外觀也未發(fā)現(xiàn)滲漏油情況。綜上所述，初步懷疑該油位計(jì)存在故障，出現(xiàn)了假油位現(xiàn)象。

2 現(xiàn)場(chǎng)檢查、處理情況

2.1 第一次停電檢修現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

2016年3月18日至23日主變停電檢修期間，檢修人員詳細(xì)檢查了主變C相油位異常情況。

首先，先拆開膠囊與呼吸器的連接法蘭，檢修人員將不銹鋼絲一端包裹白布伸入膠囊底部，拿出后檢查白布是否有油跡，以檢查確認(rèn)膠囊是否損壞。經(jīng)檢查膠囊內(nèi)部。結(jié)果未發(fā)現(xiàn)油跡，證明膠囊無(wú)異常。

其次，檢修人員采取一根透明的塑料軟管，通過(guò)“連通器”原理對(duì)主變壓器油枕的實(shí)際油位進(jìn)行測(cè)量，如圖2所示，方法如下：從變壓器底部的取油樣閥接到塑料軟管的一端，軟管的另一端固定在變壓器油枕上方，使軟管保持垂直狀態(tài)，可測(cè)出變壓器實(shí)際油位。經(jīng)過(guò)主變C相油枕油位的實(shí)際測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其與其他兩相油位無(wú)明顯差距。

圖2 “連通器”原理進(jìn)行油位實(shí)測(cè)

最后，確定造成油位異常的主要原因在于油位計(jì)。該油位計(jì)由指針表計(jì)、毛細(xì)管、傳感器和浮子桿四部分組成。因此廠家更換了某主變C相本體油位計(jì)的指針表計(jì)、毛細(xì)管和傳感器。由于更換浮子桿需要將油枕排油，當(dāng)時(shí)該次檢修人員未更換浮子及連桿。2016年5月15日，運(yùn)維人員發(fā)現(xiàn)主變C相油位指示與剛更換后的油位指示基本一樣，沒(méi)有明顯變化，而其他兩相油位指示已隨溫度發(fā)生對(duì)應(yīng)變化。

2.2 第二次停電檢修現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

2017年3月6日至12日，某站某主變停電檢修期間更換了主變C相油枕內(nèi)部的浮子桿，然后注油，油枕油位恢復(fù)正常，符合油溫-油位變化曲線了，如圖3所示。

圖3 某主變油溫-油位曲線和注油后的油位

現(xiàn)場(chǎng)對(duì)更換下來(lái)的浮子桿、油位指針表計(jì)和傳感器進(jìn)行了詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)表計(jì)和傳感器可以正常使用，而浮子桿中的下浮子存在一裂縫，并不斷地滲出油。具體檢查過(guò)程如下。1）核查油位計(jì)是否卡滯。拆除油位計(jì)表盤組件，手動(dòng)撥動(dòng)油位計(jì)指示表針，復(fù)裝表盤組件后，油位指示迅速恢復(fù)，排除顯示器組件卡滯的可能。2）檢查油位計(jì)浮子、浮桿是否損壞。通過(guò)油枕引下的排油管對(duì)油枕進(jìn)行排油處理。排油至瓦斯繼電器位置后停止排油，拆出浮子桿，檢查浮子外觀，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)下浮子與連桿固定處存在裂縫，且用力擠壓浮子外部時(shí)油跡滲出明顯，如圖4所示。

圖4 存在裂縫的下浮子

2.3 現(xiàn)場(chǎng)處理情況

根據(jù)檢查情況，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了如下處置。

首先，更換整體油位計(jì)（指針表計(jì)、毛細(xì)管、傳感器和浮子桿四部分）。重新安裝前，檢查浮桿與浮子轉(zhuǎn)動(dòng)是否配合正確，浮子上下轉(zhuǎn)動(dòng)后，指針會(huì)相應(yīng)擺動(dòng)，傳感器正常。且更換的浮子與原浮子材質(zhì)不同，該次更換的浮子材質(zhì)是泡沫塑料，如圖5所示。

圖5 更換上去的新油位計(jì)

其次，對(duì)油枕進(jìn)行抽真空處理。將油枕真空度抽至133Pa后持續(xù)保壓2h。真空注油至油溫-油位曲線表對(duì)應(yīng)位置。利用簡(jiǎn)易U型連通管再次實(shí)測(cè)油枕的油位，與油位表計(jì)一致。

最后，進(jìn)行氣密性檢查。從呼吸氣管道對(duì)膠囊充入氮?dú)?，壓力保持?.015Pa，持續(xù)2h。檢查發(fā)現(xiàn)保壓過(guò)程中氣體壓力無(wú)明顯變化，外觀無(wú)明顯滲漏現(xiàn)象。

2.4 浮子解體情況

2017年3月17日，在變電檢修大廳內(nèi)對(duì)某站某主變C相油枕內(nèi)部浮子進(jìn)行了解體檢查，浮子連桿結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。浮子材質(zhì)是尼龍材質(zhì)。

圖6 浮子和連桿結(jié)構(gòu)圖

2.4.1 上浮子解體檢查

上浮子是通過(guò)一穿心螺桿與固定鋼件連接，現(xiàn)場(chǎng)先拆掉上浮子，檢查發(fā)現(xiàn)上浮子外觀完好，無(wú)裂紋痕跡。用鋼鋸鋸成兩半，從剖開的浮子內(nèi)部油跡顏色深淺可以看出油跡是從浮子內(nèi)部與穿心螺桿接觸部位向其他部位擴(kuò)散的，如圖7所示。

圖7 浮子和連桿結(jié)構(gòu)圖

繼續(xù)解剖上浮子，鋸成8小塊，檢查發(fā)現(xiàn)上浮子內(nèi)部存在吸油現(xiàn)象，且吸油痕跡由里及外愈發(fā)明顯，如圖8所示。

圖8 上浮子解體情況

2.4.2 下浮子解體檢查

對(duì)存在裂紋的下浮子進(jìn)行解體，發(fā)現(xiàn)下浮子內(nèi)部吸油現(xiàn)象更嚴(yán)重，用手?jǐn)D壓下浮子，絕緣油滲出明顯。且下浮子內(nèi)部存在多處空隙，共計(jì)6處，如圖9所示。

圖9 下浮子解體情況

3 油位異常原因分析

浮子和連桿浸在油中，總質(zhì)量M不變。如果浮子內(nèi)部不吸油，僅表面出現(xiàn)裂紋，基本不影響浮球總質(zhì)量M。浮力F不變的情況下，浮子并不會(huì)下沉。

根據(jù)浮子解體情況，浮子內(nèi)部的材料并非憎油性材料，相反具有較強(qiáng)的吸油性。廠家僅在浮子的外表涂有一層憎油性材料，防止浮子吸油。如果浮子外表面的涂層出現(xiàn)破損，變壓器油就會(huì)被吸入浮子內(nèi)部。此外浮子內(nèi)部存在空隙，也會(huì)加劇“浮子吸油”的作用。浮子吸油后，質(zhì)量不斷增加。當(dāng)浮子和連桿在油中的重力大于受到的浮力時(shí)，就會(huì)慢慢下沉，直至沉到油枕壁底，這時(shí)候油位計(jì)指示就出現(xiàn)慢慢下降為0的現(xiàn)象。

因此可判斷某站某主變C相油位指示降為0的原因是浮子內(nèi)部進(jìn)油，原因如下：1）上浮子內(nèi)部的穿心螺桿存在孔洞，浮子密封不良。2）浮子與連桿結(jié)合處存在裂縫。裂縫的產(chǎn)生可能是制造或者廠內(nèi)裝配過(guò)程中的薄弱部位，也有可能是在現(xiàn)場(chǎng)抽真空并加壓檢漏試驗(yàn)時(shí)，浮子的抗壓能力不足，導(dǎo)致開裂。3）浮子內(nèi)部的材質(zhì)吸油，且存在空隙。

近幾年來(lái)公司變電站范圍內(nèi)出現(xiàn)變壓器油位異常的情況較多，該文通過(guò)這些事故案例對(duì)油位異常的原因進(jìn)行分析，總結(jié)得出油位出現(xiàn)異常的主要原因有如下幾種：1）主變本體出現(xiàn)滲漏油（瓦斯繼電器、壓力釋放閥、取油閥、套管法蘭面和油色譜在線監(jiān)測(cè)管道等）。2）因呼吸器硅膠受潮或者裝入過(guò)多，導(dǎo)致主變呼吸器運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生堵塞，使呼吸器無(wú)法正常呼吸，進(jìn)而形成假油位。3）油枕膠囊破損，內(nèi)部進(jìn)入大量變壓器油，使膠囊無(wú)法正常呼吸，引起油位指示異常（通過(guò)是否呼吸及油位情況判斷）。4）油枕與膠囊之間的法蘭面密封不嚴(yán)密，或者密封圈出現(xiàn)變形，導(dǎo)致空氣緩慢進(jìn)入油枕內(nèi)部，長(zhǎng)期慢慢積聚在油枕頂部，最終使油位指示異常。5）油泵負(fù)壓區(qū)出現(xiàn)滲漏點(diǎn)。油泵啟動(dòng)后，空氣進(jìn)入變壓器內(nèi)部，慢慢積聚在油枕頂部，導(dǎo)致油位指示異常（針對(duì)強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻方式的變壓器）。6）運(yùn)行過(guò)程中，變壓器油枕的油位計(jì)出現(xiàn)損壞，導(dǎo)致出現(xiàn)假油位。

4 油位異常影響及檢查處理方法

4.1 油位異常的影響

首先，變壓器油位過(guò)高。一旦變壓器負(fù)荷增大，變壓器油溫升高明顯，油體積將不斷膨脹，會(huì)造成油枕油位不斷上升，甚至導(dǎo)致壓力釋放動(dòng)作，出現(xiàn)噴油現(xiàn)象。其次，油位過(guò)低。將會(huì)造成瓦斯內(nèi)部因缺少油而集聚空氣，導(dǎo)致出現(xiàn)瓦斯動(dòng)作。當(dāng)出現(xiàn)嚴(yán)重缺油時(shí)，變壓器鐵芯和繞組會(huì)暴露在空氣中，降低變壓器內(nèi)部絕緣水平，同時(shí)可能導(dǎo)致絕緣件受潮。嚴(yán)重的話，甚至?xí)斐勺儔浩鲀?nèi)部絕緣擊穿事故[2]。

4.2 油位異常處理方法

根據(jù)可能造成油位異常的原因，檢修人員制定了相應(yīng)的處理方案。1）不停電檢查本體各個(gè)部位以及器身是否出現(xiàn)滲漏油（油箱、瓦斯繼電器、壓力釋放閥、取油閥、套管法蘭面等），同時(shí)注意隱蔽部位，例如油色譜在線監(jiān)測(cè)管道是否出現(xiàn)破裂等。排除本體滲油情況。2）不停電檢查呼吸器是否不能呼吸，一旦出現(xiàn)堵塞，更換吸濕器后再觀察油位和呼吸是否恢復(fù)正常。3）停電檢修時(shí)檢查膠囊是否滲漏，需要拆除儲(chǔ)油柜膠囊呼吸連管，采用白布包裹不銹鋼絲，伸入膠囊底部，拿出鋼絲觀察白布是否有油跡現(xiàn)象。如沒(méi)油跡，可排除膠囊破裂情況。4）不停電時(shí)，檢查油泵是否存在滲油情況，如果檢查發(fā)現(xiàn)有油泵存在滲油時(shí)，應(yīng)及時(shí)停止該油泵運(yùn)行，調(diào)整油泵運(yùn)行方式，避免更多空氣進(jìn)入變壓器內(nèi)部，后續(xù)結(jié)合停電檢修，更換油泵，并將油枕頂部空氣排盡。 5）停電檢修時(shí)檢查油枕與膠囊之間是否存有氣體，打開油枕放氣塞，在放氣塞旁放氣體流動(dòng)檢測(cè)裝置，用來(lái)檢測(cè)是否有大量空氣流動(dòng)出來(lái)。 6）停電檢修時(shí)先確認(rèn)油位是否處于正常狀態(tài)，可通過(guò)連通器原理確認(rèn)實(shí)際油位后，再更換油位計(jì)，更換油位計(jì)應(yīng)注意整套整體更換，避免因更換不到位造成缺陷無(wú)法消除。

5 結(jié)論

通過(guò)這起變壓器油位異常情況的處理，該文得出如下結(jié)論：1）在該次油位異常出現(xiàn)時(shí)，該文提前利用紅外測(cè)溫手段，大大縮短了油位異常缺陷原因分析的時(shí)間，使檢修人員能迅速判斷出該主變存在假油位現(xiàn)象，并得出造成油位異常的原因是油位計(jì)損壞引起的。后續(xù)可不斷關(guān)注油位不停電實(shí)際測(cè)量的技術(shù)發(fā)展，為技術(shù)判斷提供有力的工具。2）總結(jié)了變壓器運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)油位異常的幾種原因，并對(duì)油位異常提供了對(duì)應(yīng)的有效處理方法，保證電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。