龍 光 趙新麗

（保定天威集團(tuán)，河北 保定 071056）

在大型油浸式變壓器中，儲(chǔ)油柜是對(duì)變壓器油存儲(chǔ)、補(bǔ)充和保護(hù)的組件。一般安裝在變壓器油箱頂部，與變壓器油箱相連，用以補(bǔ)償變壓器油箱和冷卻系統(tǒng)中的油隨溫度變化而膨脹、收縮產(chǎn)生的容積變化；另一個(gè)重要作用是使保護(hù)變壓器中的油，防止油受潮和氧化，從而有效的提高變壓器內(nèi)部絕緣的強(qiáng)度，對(duì)于變壓器的正常、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，起著極其重要的保護(hù)作用。

1 儲(chǔ)油柜的結(jié)構(gòu)介紹及種類

儲(chǔ)油柜可以分為敞開式和密封式兩種，其中密封式按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為膠囊式儲(chǔ)油柜、隔膜式儲(chǔ)油柜、波紋管式儲(chǔ)油柜三種。波紋管式儲(chǔ)油柜根據(jù)油與波紋管的相對(duì)關(guān)系分為內(nèi)油式和外油式兩種。

1.1 敞開式儲(chǔ)油柜

敞開式儲(chǔ)油柜如圖1所示，主要由柜體、主油箱管路、注放油管路、吸濕器管路和油位計(jì)等部件組成。油通過吸濕器與大氣相通，能滿足變壓器油隨溫度的變化而引起的體積膨脹和收縮，通過吸濕器可將儲(chǔ)油柜中空氣水分吸收，從而起到保護(hù)油的作用。敞開式儲(chǔ)油柜內(nèi)的變壓器油經(jīng)過吸濕器管路與大氣相通，吸濕器可以吸收潮氣和灰塵過濾進(jìn)入儲(chǔ)油柜的空氣。敞開式儲(chǔ)油柜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低、不易損壞且易于維護(hù)，但不能完全阻斷變壓器油與大氣的接觸，不能防止變壓器油的氧化變質(zhì)，對(duì)潮氣的阻斷也不充分。目前 35kV以上變壓器已不采用。對(duì)于大容量的變壓器，僅在為有載開關(guān)配套提供的儲(chǔ)油柜使用。有載開關(guān)的儲(chǔ)油柜經(jīng)常與變壓器主體儲(chǔ)油柜焊成一體，不僅外絕緣距離小且外型美觀。

1.2 膠囊式儲(chǔ)油柜

膠囊式儲(chǔ)油柜如圖2所示，主要由柜體、膠囊、集氣盒（集氣盒上有主油箱管路、注放油管路、排氣管路、排污油管路等部件）、吸濕器管路、油位計(jì)等部件組成。是在敞開式儲(chǔ)油柜的基礎(chǔ)上，在儲(chǔ)油柜柜體內(nèi)安裝了一個(gè)耐油尼龍復(fù)合橡膠的橡膠囊，囊內(nèi)通過呼吸管及吸濕器與大氣相通，使得儲(chǔ)油柜內(nèi)的壓力與大氣相同。膠囊外和油接觸，當(dāng)變壓器油箱中油由于體積膨脹或收縮而導(dǎo)致儲(chǔ)油柜油面上升或下降時(shí)，膠囊向外排氣或自行吸氣以平衡膠囊內(nèi)外側(cè)壓力，起到呼吸作用。該種儲(chǔ)油柜用膠囊作密封件將變壓器油與大氣隔離，并且隨變壓器溫度變化及時(shí)對(duì)油進(jìn)行補(bǔ)償；膠囊一般懸掛在柜體上，呼吸較靈活，通氣阻力小。儲(chǔ)油柜上的油位表可采用磁力指針式油位計(jì)、壓力式油位計(jì)來顯示的，當(dāng)油位達(dá)到設(shè)定的最高或最低位置時(shí)，油位計(jì)通過報(bào)警開關(guān)能及時(shí)準(zhǔn)確地報(bào)警并將信號(hào)遠(yuǎn)傳。

膠囊式儲(chǔ)油柜初步實(shí)現(xiàn)了絕緣油與空氣的隔離，很大程度上減少了絕緣油吸收潮氣和氧化，有效的緩解了油質(zhì)變化對(duì)變壓器的影響。過去膠囊式儲(chǔ)油柜存在膠囊由于機(jī)械強(qiáng)度不夠產(chǎn)生破裂漏油不易被發(fā)現(xiàn)，膠囊破裂或尺寸過大發(fā)生皺折時(shí)還會(huì)造成儲(chǔ)油柜噴油或假油位，膠囊使用年限短等缺點(diǎn)。但近年來通過技術(shù)的進(jìn)步，膠囊的壽命在不斷的提高，先進(jìn)計(jì)算手段使得膠囊的尺寸與柜體配合的更合理；隨著變壓器監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)的發(fā)展，使得對(duì)儲(chǔ)油柜膠囊的狀態(tài)進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)控變成可能，工作人員可在監(jiān)控室內(nèi)時(shí)時(shí)看到膠囊的狀態(tài)；這些使得膠囊式儲(chǔ)油柜在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

圖2 膠囊式儲(chǔ)油柜結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 隔膜式儲(chǔ)油柜

隔膜式儲(chǔ)油柜如圖3所示，主要由上節(jié)柜體、下節(jié)柜體、隔膜、集氣盒（集氣盒上有主油箱管路、注放油管路、排氣管路、排污油管路等部件）、吸濕器管路、油位計(jì)等部件組成。此種結(jié)構(gòu)儲(chǔ)油柜利用上節(jié)柜體和下節(jié)柜體之間的隔膜作為密封件隔離變壓器油和大氣，膠囊與隔膜的作用和材質(zhì)均相同，只是結(jié)構(gòu)不同，前者為囊狀，后者為片狀。由于儲(chǔ)油的上節(jié)柜體和下節(jié)柜體之間的密封面很大而且為矩形，不易制作而且密封面的平面度也不易保證，容易造成滲漏油；儲(chǔ)油柜的油位計(jì)一般采用伸縮桿式，易產(chǎn)生變形，如果伸縮桿伸縮不靈活還會(huì)造成油位計(jì)指示不準(zhǔn)確，易產(chǎn)生假油位；該儲(chǔ)油柜注油時(shí)需打開上節(jié)柜體上的手孔通過隔膜上的排氣軟管把變壓器油中的氣體排出，操作比較麻煩。鑒于以上原因，隔膜式儲(chǔ)油柜的使用越來越少。

圖3 隔膜式儲(chǔ)油柜結(jié)構(gòu)示意圖

1.4 波紋儲(chǔ)油柜

波紋儲(chǔ)油柜采用先進(jìn)的不銹鋼波紋管補(bǔ)償技術(shù)，用波紋管代替?zhèn)鹘y(tǒng)儲(chǔ)油柜中的膠囊，實(shí)現(xiàn)變壓器絕緣油體積補(bǔ)償并與外界隔離，防止吸濕氧化絕緣油。油溫度升高體積膨脹時(shí)，波紋管被壓縮，移向固定端，反之波紋管回收縮；當(dāng)油位過高或過低時(shí)，會(huì)通過油位計(jì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。

外油式金屬波紋儲(chǔ)油柜如圖4所示，主要由柜體、金屬波紋膨脹器、拉帶式油位計(jì)、主油箱管路、注放油管路、排污油管路、排氣管路、吸濕器管路等部件組成。該儲(chǔ)油柜以金屬波紋膨脹器為密封件，波紋膨脹器的外面是變壓器油，波紋膨脹器的內(nèi)腔通過吸濕器與大氣相通。當(dāng)儲(chǔ)油柜內(nèi)的變壓器油的體積增大或減小時(shí)，波紋膨脹器就收縮或膨脹以調(diào)節(jié)儲(chǔ)油柜的容積并保證儲(chǔ)油柜內(nèi)的壓力與大氣相同。不銹鋼薄板制成的金屬波紋膨脹器與橡膠材質(zhì)的膠囊或隔膜相比具有抗老化的優(yōu)點(diǎn)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定金屬波紋膨脹器機(jī)械壽命應(yīng)不低于10000次，但是也存在伸縮不如膠囊或隔膜靈活的缺點(diǎn)，使得油容積調(diào)節(jié)不太靈活。而且該種儲(chǔ)油柜的成本較高。由于外油式金屬波紋儲(chǔ)油柜的波紋管在儲(chǔ)油柜內(nèi)做橫向運(yùn)動(dòng)的，在運(yùn)行中波紋管受重力或儲(chǔ)油柜不圓等因素的影響，容易發(fā)生卡滯，造成假油位，嚴(yán)重的還會(huì)出現(xiàn)冒油現(xiàn)象。

圖4 外油式金屬波紋儲(chǔ)油柜結(jié)構(gòu)示意圖

內(nèi)油式金屬波紋儲(chǔ)油柜如圖5所示，主要由外殼、金屬波紋膨脹器、油位計(jì)、主油箱管路、注放油管路、排氣管路等部件組成。該種儲(chǔ)油柜以金屬波紋膨脹器為密封件，波紋膨脹器的里面是變壓器油，外面是大氣。波紋膨脹器隨著變壓器油體積的增減而脹縮并保證儲(chǔ)油柜內(nèi)的壓力與大氣相同。它與外油式金屬膨脹儲(chǔ)油柜的原理差不多，只是變壓器油在金屬波紋膨脹器的內(nèi)部，另外，該種儲(chǔ)油柜的外殼沒有密封，所以不能安裝吸濕器，減少了變壓器的維護(hù)。內(nèi)油式金屬波紋儲(chǔ)油柜的外殼易生銹，在高鹽霧地區(qū)選用需慎重。另外其最大的缺點(diǎn)是一旦波紋管發(fā)生損壞漏油，變壓器就要立即退出運(yùn)行更換儲(chǔ)油柜，影響供電的安全性。

圖5 內(nèi)油式金屬波紋儲(chǔ)油柜結(jié)構(gòu)示意圖

2 不同類型儲(chǔ)油柜的特性及對(duì)比

由于開放式和隔膜式儲(chǔ)油柜目前應(yīng)用很少，所以本小節(jié)主要針對(duì)膠囊式和波紋式儲(chǔ)油柜進(jìn)行介紹。

2.1 膠囊式儲(chǔ)油柜的特性

膠囊式儲(chǔ)油柜的橡膠材料是多層丁晴橡膠，約0.6mm厚。變壓器在運(yùn)行中，儲(chǔ)油柜的橡膠雖然起到了變壓器油與空氣完全隔離的作用，但膠囊在運(yùn)行過程中發(fā)生運(yùn)動(dòng)，會(huì)由于其機(jī)械強(qiáng)度不夠而造成破裂，導(dǎo)致漏油。長(zhǎng)期運(yùn)行中，傳統(tǒng)膠囊式儲(chǔ)油柜維護(hù)工作量大，也暴露出許多缺點(diǎn)：第一，是由于與空氣連通，受環(huán)境和溫差等因素影響，膠囊容易老化而龜裂破損，使得外界的水和雨水易侵入油中，使油發(fā)生氧化；第二，吸濕器硅膠受空氣濕度影響大，需及時(shí)維護(hù)更換，否則受潮失效或者安裝不當(dāng)，將造成變壓器油與空氣隔絕性降低，油介損增大、絕緣強(qiáng)度下降；第三，油位計(jì)中的油和變壓器本體相通，長(zhǎng)期受日照影響，油位計(jì)中的油容易被氧化，直接影響儲(chǔ)油柜中油的品質(zhì)，污染變壓器本體的油質(zhì)，還存在假油位等現(xiàn)象?；谝陨洗嬖诘臐B漏問題、結(jié)構(gòu)問題，為保證供電的安全性和可靠性，減少運(yùn)行維護(hù)成本，膠囊式儲(chǔ)油柜的結(jié)構(gòu)還需不斷完善。

2.2 外油式波紋儲(chǔ)油柜的特性

優(yōu)點(diǎn)是采用超柔性不銹鋼波紋管作為容積補(bǔ)償元件，波紋管在極限位置時(shí)剛性反力≤0.005MPa，可完全隔絕空氣與變壓器絕緣油的接觸，延長(zhǎng)絕緣油使用壽命。儲(chǔ)油柜直接儲(chǔ)油，有效容積大，可實(shí)現(xiàn)較大儲(chǔ)存油量。使用壽命可達(dá)30年，實(shí)現(xiàn)與變壓器等壽命。無軌道型導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，高強(qiáng)度樹脂導(dǎo)輪與內(nèi)壁大間隙自由調(diào)整，波紋管移動(dòng)不受障礙。內(nèi)壁為散熱面，不具備凝露條件，無凝露產(chǎn)生，不需呼吸器，實(shí)現(xiàn)免維護(hù)。

缺點(diǎn)是儲(chǔ)油柜中的波紋管，要求每個(gè)波紋管單元的伸縮剛性必須一致，不然會(huì)導(dǎo)致波紋體不均勻變形或突然變形，勢(shì)必會(huì)影響氣體繼電器、壓力釋放閥的正確動(dòng)作。波紋管焊接面多，對(duì)鋼材柔性要求高，需防止?jié)B漏現(xiàn)象。注油時(shí)操作容易出錯(cuò)，儲(chǔ)油柜安裝注油時(shí)排氣不當(dāng)或安裝后排氣管口密封不嚴(yán)有空氣進(jìn)入后，儲(chǔ)油柜將出現(xiàn)假油位；如沒有打開儲(chǔ)油柜的呼吸器，壓力釋放閥可能會(huì)動(dòng)作跳閘，壓力釋放閥不動(dòng)作則可能損壞變壓器。

2.3 內(nèi)油式波紋儲(chǔ)油柜的特性

優(yōu)點(diǎn)是儲(chǔ)油柜波紋管內(nèi)與油接觸，用不銹鋼材料做體積補(bǔ)償組件，全密封，不受空氣和水的污染，根本上解決了滲漏油的問題。采用不銹鋼材料做體積補(bǔ)償組件，工作壽命長(zhǎng)、靈敏度高，實(shí)現(xiàn)免維護(hù)，有效地減少了電力系統(tǒng)不必要的停電和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。油位計(jì)指針安裝在波紋管上面，波紋管隨著變壓器油溫的變化而上下移動(dòng)，指針也隨其升高或降低，油位指示直觀準(zhǔn)確無假油位。實(shí)現(xiàn)油位信號(hào)遠(yuǎn)傳，根據(jù)用戶需要可配置多功能油位信號(hào)遠(yuǎn)傳裝置，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)監(jiān)控。儲(chǔ)存油量大，安裝方便，注油簡(jiǎn)便，容易操作。

缺點(diǎn)是儲(chǔ)油柜中的波紋管，要求每個(gè)波紋管單元的伸縮剛性必須一致，不然會(huì)導(dǎo)致波紋體不均勻變形或突然變形，勢(shì)必會(huì)影響氣體繼電器、壓力釋放閥的正確動(dòng)作。波紋管的儲(chǔ)油量必須按標(biāo)準(zhǔn)和變壓器實(shí)際油量設(shè)計(jì)，必須按標(biāo)準(zhǔn)和變壓器實(shí)際油量加足，防止在冬季造成儲(chǔ)油柜無油或上浮子誤動(dòng)。為防止波紋失穩(wěn)需裝設(shè)導(dǎo)軌及導(dǎo)向輪，一定時(shí)間后容易容易產(chǎn)生腐蝕卡澀。波紋管的內(nèi)波紋壁來回的運(yùn)動(dòng)時(shí)靠導(dǎo)向滾輪進(jìn)行動(dòng)作的。 在運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間后，由于諸如機(jī)械磨損等不可預(yù)知的原因，極易造成導(dǎo)向滾輪卡澀，則勢(shì)必會(huì)影響氣體繼電器、壓力釋放閥的正確動(dòng)作。而且其油位的指示是拉帶式的，易造成卡澀，使油位顯示不精確。外表面可散熱，表面不凝露，但散發(fā)的熱量可導(dǎo)致外殼內(nèi)表面凝露，運(yùn)行一段時(shí)間后外殼內(nèi)壁會(huì)因熱空氣凝露產(chǎn)生腐蝕。因此，內(nèi)油式波紋儲(chǔ)油柜的外殼要求選用不銹鋼材料，避免后期維護(hù)二次更換。

2.4 兩種類型儲(chǔ)油柜性能對(duì)比（見表1）

表1

3 儲(chǔ)油柜選用及注意事項(xiàng)

儲(chǔ)油柜的選用首先應(yīng)在結(jié)構(gòu)上滿足用戶的需要，即確定儲(chǔ)油柜的結(jié)構(gòu)（膠囊式、波紋式）；其次考慮變壓器的總油重（變壓器總油重應(yīng)包括油箱、冷卻系統(tǒng)和儲(chǔ)油柜中的油）；第三確定變壓器所在的環(huán)境條件（一般地區(qū)、濕熱地區(qū)、寒冷地區(qū)）；第四根據(jù)總油重和環(huán)境溫度確定儲(chǔ)油柜的容積，儲(chǔ)油柜的容積應(yīng)滿足變壓器在允許工作的溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)變壓器油最大補(bǔ)償?shù)男枰?；即在最小油位時(shí)油面線可見，在最大油位時(shí)儲(chǔ)油柜內(nèi)的油不能溢出。第五確定儲(chǔ)油柜的主要配件如油表、膠囊、閥門等。由于同一個(gè)油量的儲(chǔ)油柜它的直徑和長(zhǎng)度兩個(gè)尺寸上變化，最后可以根據(jù)變壓器布置空間的要求，或變壓器整體協(xié)調(diào)美觀的需要，確定儲(chǔ)油柜的內(nèi)壁直徑。

儲(chǔ)油柜的補(bǔ)償容積的計(jì)算主要考慮總油重和變壓器運(yùn)行的環(huán)境溫度，由于不同的環(huán)境溫度對(duì)油有不同的補(bǔ)償范圍，儲(chǔ)油柜內(nèi)變壓器油的補(bǔ)償容積可根據(jù)下式計(jì)算。

式中，△V為儲(chǔ)油柜的變化容積(dm3)；W為變壓器總油重(kg)；ρ為變壓器油的比重，一般取0.9kg/dm3；0.0007為變壓器油的體積膨脹率（0.0007/℃）；Δt為儲(chǔ)油柜里變壓器油的最高平均溫度與最低平均溫度的差值（℃）。

如一般地區(qū)的環(huán)境溫度為-30℃～+40℃，此時(shí)絕緣油的最高溫度應(yīng)按85℃考慮，最低溫度按-30℃考慮；則Δt=85℃-（-30℃）=115℃。按公式計(jì)算出補(bǔ)償容積后，再選擇滿足條件要求儲(chǔ)油柜。

對(duì)于有載調(diào)壓的變壓器，可以選用單獨(dú)的開關(guān)儲(chǔ)油柜，也可以選用開關(guān)儲(chǔ)油柜和主體儲(chǔ)油柜一體的結(jié)構(gòu)形式，無論如何選擇一定要根據(jù)不同的開關(guān)考慮儲(chǔ)油柜容積是否滿足開關(guān)總油量的要求。每臺(tái)儲(chǔ)油柜還應(yīng)給出與其直徑和環(huán)境溫度對(duì)應(yīng)的“油溫與油位的關(guān)系曲線牌”供變壓器使用。

4 結(jié)論

通過對(duì)幾種不同結(jié)構(gòu)儲(chǔ)油柜進(jìn)行對(duì)比分析，可以看出不同結(jié)構(gòu)的儲(chǔ)油柜各有特點(diǎn)，但也在一定程度上存在一些不足。儲(chǔ)油柜作為大型油浸式電力變壓器必備的重要保護(hù)性組件，無論選擇那種結(jié)構(gòu)，都應(yīng)在提高變壓器運(yùn)行可靠性和實(shí)現(xiàn)免維護(hù)方面發(fā)揮作用。

[1]JB/T6484－2005,變壓器用儲(chǔ)油柜.

[2]劉渤華.外油式金屬波紋儲(chǔ)油柜運(yùn)行分析[J].變壓器,2007(8):54-58.

[3]張永華.膠囊儲(chǔ)油柜油位顯示不準(zhǔn)的探討[J].電氣制造,2009(8):48-50.