一起变压器胶囊尺寸问题引起油位异常原因分析及处理

一起变压器胶囊尺寸问题引起油位异常原因分析及处理

黄景生

（东莞供电局变电管理二所广东东莞523000）

摘要：变压器在运行过程中，随负荷和环境温度改变等因素，变压器油会发生热胀冷缩，油的热胀冷缩导致胶囊内体积大小出现变化，一个尺寸合适的胶囊与储油柜的日常配合，能清晰反映变压器内部真实的油位，然而变压器在运行过程中，经常会遇到各种异常情况，导致油位异常情况的出现，使电网安全保供电运行带来极大的挑战。本文通过一起变压器胶囊尺寸问题引起油位异常的事例，引出导致油位异常出现的原因及相应处理方法，正确排除设备隐患，提高变压器运行可靠性。

关键词：储油柜；胶囊；油位异常

电力变压器中，储油柜是变压器配套的关键性组件，常用来作为变压器油的储存和保护装置，一方面储油柜可以提供变压器绝缘油热胀冷缩变化的空间，当运行负荷或者环境温度的改变等原因，变压器油出现热胀冷缩，当油的温度上升，变压器油体积出现膨胀，胶囊收缩，油位指示上升；当变压器油的温度下降，油的体积随之减少，胶囊舒张下垂，油位表指示下降，另一方面又可以使油与空气隔绝，减少油受潮和氧化的程度。储油柜与胶囊合理的搭配，使变压器的油面高度和变压器油箱内部压力能时刻保持在合理范围内，确保变压器正常安全运行，同时油位指示能正确反馈给值班员进行检查，便于对变电站内设备进行巡视，储油柜外形如下图1。

1.变压器储油柜概述

【1】储油柜主要有下列型式：①开放式储油柜；②胶囊式储油柜；③隔膜式储油柜；④金属波纹式储油柜。目前，在变电站中最常见的就是胶囊式储油柜。

胶囊式的储油柜，是在普通的储油柜里面安装一个耐油的橡胶胶囊袋，作用是将变压器胶囊内部空气通过连管及呼吸器与大气连通，使变压器本体内的变压器油与空气隔离开，即使变压器随负荷和环境温度的影响出现油体积的膨胀或收缩，也不会使油面与空气有任何的接触，从而起到减缓油老化的作用。

变压器储油柜的组成部件有；储油柜（油箱）、橡胶胶囊、绝缘油、呼吸器（换气器）、油位计、油流连管、气体继电器（瓦斯继电器）等，其结构如下图2。

2.变压器油位异常情况及产生原因分析

2.1变压器油位异常情况

变压器在日常运行过程中，值班员巡视变压器油位表发现异常或后台监控发出油位偏高、偏低等信号，异常的油位指示与变压器中实际油位不符的情况，定义为油位异常。油位异常不利于变压器安全运行，更不利于值班员日常巡视，主要危害有：①油位表或后台发信，显示油位低信号出现，值班员误以为变压器储油柜油量不足，从而给变压器进行补油，当油温或者环境温度上升后，变压器油出现膨胀，当油压大于变压器防爆阀所承受的压力值时，防爆阀动作，变压器出现喷油；②油位表或后台发信，显示油位高的信号出现，值班员误判油量太多，把储油柜多余的油进行排放，一旦负荷下降或环境温度降低时，油体积减少，会造成变压器缺油运行。长时间的缺油运行，变压器内部缺少变压器油浸泡的部件容易绝缘受潮，严重造成绝缘击穿。

2.2变压器油位异常的原因分析

某220kV变电站3台主变，按照中国南方电网电力设备检修试验规程（Q/CSG1206007-2017）要求，储油柜胶囊和隔膜应每15年进行更换，年初将胶囊更换后，到年中五六月份，天气开始炎热，3台变压器在短时间内均先后发出油位高告警信号，值班员现场检查油位表指针显示接近上限位置。班组对这异常的现象寻找原因，最终发现胶囊更换时，变压器厂家提供的胶囊尺寸偏小，是造成这次故障的主要原因。

经过长时间运行维护经验可以知道，造成变压器油位异常的原因主要有以下几个方面：

（1）油位表卡阻，当油位表长时间运行，油位表密封圈出现老化，内部指针、齿轮等零部件受潮出现卡阻，使油位表指示不随负荷或环境温度的变化而变化。

（2）油位表与浮球连杆弯曲或浮球内部进油，若出现这种情况，油位表均不能正常指示储油柜中油量位置，随着负荷和环境温度的变化，油位表内指针变化量大，容易发出油位异常信号。

（3）呼吸器硅胶堵塞，使空气不能从吸器进出到胶囊内部，是致使油位异常的常见原因之一，主要原因是呼吸器硅胶颗粒经过吸潮后，灰尘容易粘在硅胶上，长时间会影响外界空气与胶囊内部空气的流通，容易造成油位异常。

（4）储油柜内部有残留空气。一般来说运行情况下的储油柜内部不允许存在空气，但如果在储油柜新安装或大修后，没有严格按照作业指导书的要求，对储油柜进行排气，这容易使储油柜出现油位异常的情况。

（5）储油柜上部法兰密封不严，如放气塞、观察窗等位置，随着负荷和环境温度的变化，空气容易通过缝隙进入到储油柜内部，长时间容易形成油位异常。

（6）储油柜内部胶囊尺寸不匹配，例如新投变压器或者变压器储油柜更换胶囊时，错误地用尺寸过大或过小的胶囊，使正常运行过程中的变压器不能正确反映真实的油位。

这次变电站3台主变油位信号异常，正是储油柜内胶囊尺寸不匹配引起，根据变压器厂家对胶囊尺寸使用说明，储油柜尺寸按下列公式换算出胶囊尺寸：

胶囊宽度B=π×（储油柜直径）/2＋60

胶囊长度A=储油柜长度-储油柜直径＋B

注：尺寸均以mm计算

换算出的尺寸为胶囊在不充气状态下平铺展开的尺寸，胶囊充气后开始膨胀，胶囊长度与宽度同时减少，在储油柜内，胶囊的实际尺寸及形状趋近于储油柜的尺寸及形状。

经现场测量，变压器储油柜的尺寸为Ø1500×4000（mm），按照厂家计算公式，新更换胶囊尺寸应为Ø2415×4915（mm），而这次厂家提供的胶囊尺寸为Ø2395×4895（mm），该尺寸非常接近于厂家计算的公式值，储油柜内错误使用胶囊尺寸为Ø1610×3810（mm），该胶囊完全膨胀后体积仅占储油柜总体积1/3左右，胶囊尺寸偏小。各部件尺寸如下表1,量取尺寸如下图3。

胶囊尺寸偏小，注油的时候需要往储油柜里面注更多的油，才能排空储油柜里面的空气，此时油位表指示较高，如果随着负荷增加或环境温度升高，变压器油温上升，胶囊收缩，油位表指示偏高，后台发出油位高告警信号，若油位持续上升，变压器油将充满整个储油柜，变压器本体内部油压持续上涨，当油压大于变压器防爆阀所承受的压力值时，防爆阀动作，变压器出现喷油；如果负荷减少或环境温度下降，变压器油温度会下降，油位下降，胶囊下垂，由于胶囊完全膨胀后体积约占储油柜总体积的1/3左右，当油温持续下降时，胶囊内外会产生压差；一旦胶囊内外压差超过胶囊承受极限时，胶囊会出现贯穿性裂口，变压器油进入到胶囊内部，致使胶囊内部的空气进入到储油柜内部，油面与空气直接接触，油的老化速度会明显加快。

假如错误使用尺寸过大胶囊，尺寸过大的胶囊会占用储油柜内原本变压器油的空间，按一般变压器本体油量与储油柜油量10:1比例计算，使用过大尺寸的胶囊后，储油柜内正常的储油量少于1，但并不会对变压器运行带来重大的影响。

3.避免变压器油位异常的处理方法

3.1注油排气法

在变压器新站安装或更换胶囊时，先把储油柜顶部的排气塞打开，把连管底部呼吸器拆下，再用氮气或干燥空气通过呼吸器连管对胶囊充气至充盈状态，然后利用注油机从变压器底部的放油阀中注入合格的变压器油，注油过程中，变压器油逐渐把变压器体内空气从储油柜顶部排气塞孔排出，当变压器油从储油柜顶部排气塞溢出时，证明箱体内已经注满油，空气被排尽，这时候立即把排气塞拧紧，防止空气再次进入到储油柜里面，下一步排掉胶囊里面气体，校准储油柜中实际的油面高度，若还没到额定油位值，则再利用注油机从变压器底部的放油阀中注入合格的变压器油至额定油位位置。

3.2压缩空气法

压缩空气法是比较常用的一种方法，主要步骤是先打开储油柜上部的排气塞，把合格变压器油从注油管加油至储油柜中间高度，再把连管底部呼吸器拆下，用氮气或干燥空气通过呼吸器连管对胶囊进行加压（压力不能大于2kPa），使胶囊内部充气膨胀，将储油柜内的气体从排气孔排出。【2】充气至在排气孔能看到胶囊袋时，通过排气孔用光滑圆木棒不断地按压胶囊袋，使储油柜内空气全部排出。待胶囊袋全部贴住储油柜时，及时将排气塞拧好，并停止充气，以免空气再次进入储油柜内。

3.3更换合适的胶囊

经厂家核实现场储油柜尺寸，计算出应换胶囊尺寸，与厂家提供胶囊尺寸作对比应相差无几，待停电后把旧胶囊拆出，量取旧胶囊尺寸，新旧胶囊尺寸进行对比，确认旧胶囊使用有误后，把新胶囊进行更换。并且及时联系厂家准备剩余变压器胶囊的备品备件，为确保变压器安全可靠运行，尽早安排停电计划对储油柜进行胶囊更换。

4.结束语

综上所述，通过对这起变压器胶囊尺寸问题，引起油位异常的原因分析及处理，可以发现在运行过程中，经常会遇到变压器油位异常的现象，形成油位异常的原因不尽相同，假如错选尺寸过大的胶囊，不会对运行带来重大的影响，假如错选尺寸过小的胶囊，会给变压器运行带来重大的风险，只有选择尺寸合适的胶囊，变压器才能持续可靠地运行。

变电人作为设备的保健医生，一旦发现变压器油位出现异常，对比分析出现油位异常的原因，力求做到具体情况具体分析，及时联系厂家准备所需备品备件，结合停电窗口把缺陷及时进行处理。为确保电网安全、可靠运行，提升设备运行稳定性，变电人身兼重任，任重而道远。

参考文献：

[1]张国栋.油浸式电力变压器储油柜油位异常原因分析及补充油量的计算[J].电工技术，2008（09）.

[2]刘金根.胶囊式储油柜变压器油位异常的成因及处理[J].电力安全技术，2004（11）.