外油波紋儲(chǔ)油柜波紋移動(dòng)順暢定量測試工具研制與應(yīng)用

朱弘祺 張健能 傅文鋒

摘要：變壓器外油波紋儲(chǔ)油柜波紋移動(dòng)卡澀會(huì)引起故障跳閘，影響現(xiàn)場設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前外油波紋儲(chǔ)油柜尚無簡單、有效的方法定量判斷波紋膨脹器移動(dòng)的阻力情況，鑒于此，分析了外油式金屬波紋管儲(chǔ)油柜工作原理，并提出了一種定量測量波紋膨脹器移動(dòng)阻力情況的方法，可為儲(chǔ)油柜檢修提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：變壓器；儲(chǔ)油柜；油位計(jì)；波紋移動(dòng)卡澀

中圖分類號(hào)：TM411? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2023）12-0042-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.12.012

0? ? 引言

儲(chǔ)油柜在變壓器油隨溫度升高或降低時(shí)提供容積補(bǔ)償，同時(shí)使用金屬波紋膨脹器、膠囊等方式使變壓器油與空氣隔絕。在電力系統(tǒng)中，外油金屬波紋儲(chǔ)油柜應(yīng)用廣泛，但因其本身結(jié)構(gòu)特性影響，在現(xiàn)場運(yùn)行工況下，外油式波紋儲(chǔ)油柜存在因金屬波紋膨脹器與外殼發(fā)生摩擦，導(dǎo)致滑輪磨損、引起卡澀等現(xiàn)象。若金屬波紋膨脹器出現(xiàn)卡阻，當(dāng)變壓器油隨溫度膨脹或收縮時(shí)，波紋膨脹器無法正常收縮或膨脹，可能會(huì)引起空氣、潮氣進(jìn)入變壓器油箱、閥門、氣體繼電器等薄弱部位，或者產(chǎn)生滲油、溢油等現(xiàn)象，當(dāng)內(nèi)部壓力過大時(shí)，會(huì)造成壓力釋放閥動(dòng)作噴油[1]，還可能會(huì)引起波紋膨脹器抖動(dòng)，致使油流涌動(dòng)而使變壓器重瓦斯保護(hù)誤動(dòng)[2-3]，影響現(xiàn)場設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

文獻(xiàn)[3]提出通過油位計(jì)指示判斷外油波紋儲(chǔ)油柜波紋移動(dòng)是否順暢，而油位計(jì)是一個(gè)拉力盒裝置，反映的是波紋膨脹器的水平位移，與儲(chǔ)油柜內(nèi)油位、油壓無關(guān)。油位計(jì)只能夠反映波紋膨脹器的水平位置，也就是波紋膨脹器移動(dòng)是否出現(xiàn)大的速度變化，使油位計(jì)位置有突變，從而判斷是否有卡澀，因此文獻(xiàn)[3]不能夠定量分析阻力的大小，只能夠發(fā)現(xiàn)卡澀后突然釋放的情況。文獻(xiàn)[4]提出變壓器受到的壓力發(fā)生突然變化，就會(huì)產(chǎn)生油流涌動(dòng)，其僅限于發(fā)現(xiàn)波紋移動(dòng)卡阻，僅適用于突然釋放造成的大擾動(dòng)情況的判斷，而且也是一種定性的測試方法。

本文通過波紋膨脹器內(nèi)外壓力差來發(fā)現(xiàn)移動(dòng)的阻力變化，實(shí)現(xiàn)由定性測試到定量測試的轉(zhuǎn)變，能夠測量出波紋膨脹器移動(dòng)過程中的受力情況（內(nèi)腔的氣壓或外腔的油壓），從而定量判斷其是否順暢，定量分析波紋膨脹器移動(dòng)阻力情況。

1? ? 外油波紋儲(chǔ)油柜工作原理及卡澀原因分析

1.1? ? 工作原理

外油式金屬波紋儲(chǔ)油柜由筒體、波紋膨脹器、油位指示結(jié)構(gòu)、注放油口及呼吸口等組件構(gòu)成，如圖1所示，絕緣油在儲(chǔ)油柜筒體和波紋膨脹器之間，當(dāng)絕緣油膨脹或收縮時(shí)，金屬波紋膨脹器壓合或展開，實(shí)現(xiàn)容積補(bǔ)償[5]。外油式金屬波紋儲(chǔ)油柜的優(yōu)點(diǎn)是可長久使用，維護(hù)方便，波紋管發(fā)生漏油后不影響變壓器的帶電運(yùn)行，安裝位置高于變壓器套管，可以發(fā)現(xiàn)套管的密封缺陷。缺點(diǎn)是波紋管在儲(chǔ)油柜內(nèi)做橫向運(yùn)動(dòng)容易發(fā)生卡澀，卡澀不動(dòng)時(shí)會(huì)造成假油位[6]；卡澀跳動(dòng)時(shí)會(huì)引起油流涌動(dòng)，涌動(dòng)過快會(huì)造成重瓦斯保護(hù)動(dòng)作跳閘。

1.2? ? 波紋移動(dòng)卡澀原因分析

卡澀的原因有波紋管與儲(chǔ)油柜間隙?。粌?chǔ)油柜波紋補(bǔ)償器運(yùn)輸前充氣壓不合格，使波紋管壓縮后在油枕內(nèi)擺動(dòng)受損，造成波紋管變形和卡澀；安裝充氣未控制好氣泵的壓力，導(dǎo)致壓力過高損害波紋管的密封或使波紋管變形；儲(chǔ)油柜在裝卸、運(yùn)輸、安裝過程中被碰撞產(chǎn)生凹陷、儲(chǔ)油柜不圓；波紋管的滾輪不靈活等。過去儲(chǔ)油柜與波紋管滾輪的間隙為3～4 mm，總間隙≤8 mm，不論有無滾輪導(dǎo)向滑道都是如此[4]。當(dāng)儲(chǔ)油柜制造工藝不精、外殼制造不圓或儲(chǔ)油柜在運(yùn)輸、安裝途中被碰撞產(chǎn)生凹陷時(shí)，其間隙就小于設(shè)計(jì)值，凹陷嚴(yán)重的甚至?xí)^預(yù)留間隙值，有的凹陷變形量達(dá)到10 mm以上，這樣的儲(chǔ)油柜在運(yùn)行中必然發(fā)生卡澀現(xiàn)象。卡澀嚴(yán)重時(shí)波紋管不動(dòng)作會(huì)造成假油位，卡澀不很嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生彈跳引起油流涌動(dòng)，涌動(dòng)速度過快時(shí)還會(huì)造成重瓦斯動(dòng)作。

2? ? 測試方法

2.1? ? 測試原理

本文測試方案是檢測外油波紋儲(chǔ)油柜波紋膨脹器移動(dòng)的阻力情況，并通過波紋膨脹器的移動(dòng)判斷油位計(jì)是否卡澀，指示是否正常。首先打開油枕的排氣閥，讓油枕與波紋膨脹器內(nèi)的變壓器油表面為大氣壓。再通過氣泵對(duì)油枕波紋膨脹器進(jìn)行緩慢抽氣、充氣，通過觀察呼吸管氣體壓力和變壓器本體油壓力是否相應(yīng)緩慢上升或下降、油位計(jì)是否有抖動(dòng)來判斷波紋膨脹器移動(dòng)是否順暢，或存在卡澀現(xiàn)象。同時(shí)，可通過對(duì)比呼吸管內(nèi)氣壓變化值與變壓器內(nèi)油壓變化值是否對(duì)應(yīng)，判斷波紋膨脹器移動(dòng)是否順暢。通過觀察油枕油位計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)情況和波紋膨脹器移動(dòng)的金屬摩擦聲，可輔助判斷波紋膨脹器移動(dòng)是否有卡澀。

油壓計(jì)算公式如下：

式中：P油壓為油壓；ρ為油的密度；g為重力加速度；h為油位高度。

式中：ΔP1、ΔP2為油壓變化量；h0為大氣壓力平衡下的油位高度；h1為抽氣方式下的油位高度；h2為充氣方式下的油位高度。

若實(shí)際測得抽氣方式下的油壓P1與計(jì)算油壓ΔP1=ρg（h1-h0）差值大于設(shè)定閾值，或?qū)嶋H測得充氣方式下的油壓P2與計(jì)算油壓ΔP2=ρg（h0-h2）差值大于設(shè)定閾值，則判斷波紋膨脹器移動(dòng)有卡澀。且可重復(fù)抽氣充氣過程多次，若抽氣充氣過程中觀察到壓力表有抖動(dòng)、透明軟管油位有波動(dòng)、油位計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)有抖動(dòng)以及多次測得的P1、P2值差異大，則判斷波紋膨脹器移動(dòng)有卡澀。

2.2? ? 測試工具

本測試工具包括壓力調(diào)整模塊、氣壓檢測模塊、油壓檢測模塊三部分，裝置安裝部位如圖2所示。

1）壓力調(diào)整模塊包括小型氣泵（或壓縮空氣瓶）、保持閥門、呼吸器管道接頭、連管，如圖3所示。采用小型氣泵（或壓縮空氣）向變壓器油枕抽氣或充氣。通過保持閥門使得油枕的壓力保持穩(wěn)定，隨時(shí)中斷壓力調(diào)整，切斷氣體交換，從而更好地觀察呼吸管內(nèi)氣壓變化以及變壓器內(nèi)部各處油壓力變化情況。

2）氣壓檢測模塊，如圖3所示，采用相對(duì)壓力表測量、反映呼吸管內(nèi)氣體壓力的變化。

3）油壓檢測模塊，包括管道接頭、帶刻度的透明軟管和閥門，如圖4所示。帶刻度的透明軟管用來觀察油位。通過管道接頭與變壓器油枕、本體的變壓器油相連，即可檢測到變壓器油枕在充抽氣過程中油位對(duì)應(yīng)的高度變化，從而檢測出變壓器內(nèi)部油壓力的變化。

2.3? ? 測試步驟

1）連接測試工具，記錄油枕油位指示。

2）測量本體油與大氣壓力平衡的高度在油枕的位置，并拍照記錄。

3）打開油枕上方排氣孔閥門，再次記錄油枕油位指示及本體油與大氣壓力平衡的高度h0。

4）將氣泵接抽氣方式，啟動(dòng)氣泵，觀察壓力表壓力變化、是否有抖動(dòng)，油位測試透明軟管油位變化、是否有波動(dòng)，以及油枕油位計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)是否順暢平緩，直至油位計(jì)指示接近滿刻度，記下真空壓力值P1和油位測試透明軟管油位高度h1。

5）將氣泵改接充氣方式，啟動(dòng)氣泵，觀察壓力表壓力變化、是否有抖動(dòng)，油位測試透明軟管油位變化、是否有波動(dòng)，以及油枕油位計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)是否順暢平緩，直到油枕排氣閥出油（油枕油位計(jì)接近初始位置時(shí)應(yīng)減慢充氣速度，防止大量溢油），記下壓力值P2和油位測試透明軟管油位高度h2。

6）再重復(fù)步驟4）、步驟5）兩次，并記錄數(shù)據(jù)。

7）拆除測試工具，安裝好呼吸器，結(jié)束測試工作。

測試步驟如圖5所示，若壓力表有抖動(dòng)、透明軟管油位有波動(dòng)、油位計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)有抖動(dòng)以及多次測得的P1、P2值差異大，則判斷波紋膨脹器移動(dòng)有卡澀。若P1與ρg（h1-h0）差值大于設(shè)定閾值或P2與ρg（h0-h2）差值大于設(shè)定閾值，則判斷波紋膨脹器移動(dòng)有卡澀。

3? ? 現(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)某變電站外油波紋儲(chǔ)油柜主變開展了相關(guān)試驗(yàn)，現(xiàn)場試驗(yàn)裝置安裝如圖6所示。

測試記錄數(shù)據(jù)如表1所示。

初始油位h0在油枕的1/3高度處，原油位約4.5格。打開油枕排氣閥后，膨脹器收縮，油位計(jì)指示7格；從呼吸器連管抽氣，氣壓為-0.7 kPa時(shí)，油位計(jì)指示8格；呼吸連管破真空后膨脹器復(fù)位，油位計(jì)指示7.5格。從呼吸連管充氣，直至油枕排出全部空氣，油位計(jì)指示4格，充氣壓力8 kPa。通過以上測試數(shù)據(jù)可判斷此主變波紋管移動(dòng)順暢。

4? ? 結(jié)論

本文的測試方法可通過如下幾個(gè)方面判斷波紋膨脹器是否移動(dòng)順暢、油位計(jì)指示是否正常：

1）打開儲(chǔ)油柜排氣閥，通過調(diào)壓裝置改變波紋膨脹器內(nèi)腔壓力，使波紋膨脹器運(yùn)動(dòng)，從而可以不排油觀察波紋膨脹器的運(yùn)動(dòng)。

2）觀察連接在呼吸管上的壓力表是否在充氣、抽氣過程中緩慢上升或下降，是否出現(xiàn)抖動(dòng)。

3）觀察本體油壓（油位測試透明連管油位）是否在充氣、抽氣過程中緩慢上升或下降，是否出現(xiàn)波動(dòng)。

4）對(duì)比呼吸管內(nèi)氣壓變化值與變壓器內(nèi)油壓變化值是否對(duì)應(yīng)。

本測試方法簡單、有效，能夠定量分析波紋膨脹器移動(dòng)阻力情況，便于運(yùn)維人員正確評(píng)估儲(chǔ)油柜運(yùn)行工況，有利于保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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收稿日期：2023-04-26

作者簡介：朱弘祺（1993—），女，湖南人，碩士研究生，工程師，研究方向：變電運(yùn)維。

通信作者：張健能（1972—），男，廣東人，工程碩士，高級(jí)工程師，研究方向：變電設(shè)備檢修維護(hù)。