朱弘祺 張健能 傅文鋒

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

關鍵詞：變壓器；儲油柜；油位計；波紋移動卡澀

中圖分類號：TM411? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1671-0797（2023）12-0042-04

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

0? ? 引言

儲油柜在變壓器油隨溫度升高或降低時提供容積補償，同時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，外油金屬波紋儲油柜應用廣泛，但因其本身結構特性影響，在現(xiàn)場運行工況下，外油式波紋儲油柜存在因金屬波紋膨脹器與外殼發(fā)生摩擦，導致滑輪磨損、引起卡澀等現(xiàn)象。若金屬波紋膨脹器出現(xiàn)卡阻，當變壓器油隨溫度膨脹或收縮時，波紋膨脹器無法正常收縮或膨脹，可能會引起空氣、潮氣進入變壓器油箱、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，當內(nèi)部壓力過大時，會造成壓力釋放閥動作噴油[1]，還可能會引起波紋膨脹器抖動，致使油流涌動而使變壓器重瓦斯保護誤動[2-3]，影響現(xiàn)場設備的安全穩(wěn)定運行。

文獻[3]提出通過油位計指示判斷外油波紋儲油柜波紋移動是否順暢，而油位計是一個拉力盒裝置，反映的是波紋膨脹器的水平位移，與儲油柜內(nèi)油位、油壓無關。油位計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是否出現(xiàn)大的速度變化，使油位計位置有突變，從而判斷是否有卡澀，因此文獻[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[4]提出變壓器受到的壓力發(fā)生突然變化，就會產(chǎn)生油流涌動，其僅限于發(fā)現(xiàn)波紋移動卡阻，僅適用于突然釋放造成的大擾動情況的判斷，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)移動的阻力變化，實現(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阻力情況。

1? ? 外油波紋儲油柜工作原理及卡澀原因分析

1.1? ? 工作原理

外油式金屬波紋儲油柜由筒體、波紋膨脹器、油位指示結構、注放油口及呼吸口等組件構成，如圖1所示，絕緣油在儲油柜筒體和波紋膨脹器之間，當絕緣油膨脹或收縮時，金屬波紋膨脹器壓合或展開，實現(xiàn)容積補償[5]。外油式金屬波紋儲油柜的優(yōu)點是可長久使用，維護方便，波紋管發(fā)生漏油后不影響變壓器的帶電運行，安裝位置高于變壓器套管，可以發(fā)現(xiàn)套管的密封缺陷。缺點是波紋管在儲油柜內(nèi)做橫向運動容易發(fā)生卡澀，卡澀不動時會造成假油位[6]；卡澀跳動時會引起油流涌動，涌動過快會造成重瓦斯保護動作跳閘。

1.2? ? 波紋移動卡澀原因分析

卡澀的原因有波紋管與儲油柜間隙小；儲油柜波紋補償器運輸前充氣壓不合格，使波紋管壓縮后在油枕內(nèi)擺動受損，造成波紋管變形和卡澀；安裝充氣未控制好氣泵的壓力，導致壓力過高損害波紋管的密封或使波紋管變形；儲油柜在裝卸、運輸、安裝過程中被碰撞產(chǎn)生凹陷、儲油柜不圓；波紋管的滾輪不靈活等。過去儲油柜與波紋管滾輪的間隙為3～4 mm，總間隙≤8 mm，不論有無滾輪導向滑道都是如此[4]。當儲油柜制造工藝不精、外殼制造不圓或儲油柜在運輸、安裝途中被碰撞產(chǎn)生凹陷時，其間隙就小于設計值，凹陷嚴重的甚至會超過預留間隙值，有的凹陷變形量達到10 mm以上，這樣的儲油柜在運行中必然發(fā)生卡澀現(xiàn)象。卡澀嚴重時波紋管不動作會造成假油位，卡澀不很嚴重時會發(fā)生彈跳引起油流涌動，涌動速度過快時還會造成重瓦斯動作。

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油柜波紋膨脹器移動的阻力情況，并通過波紋膨脹器的移動判斷油位計是否卡澀，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。再通過氣泵對油枕波紋膨脹器進行緩慢抽氣、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緩慢上升或下降、油位計是否有抖動來判斷波紋膨脹器移動是否順暢，或存在卡澀現(xiàn)象。同時，可通過對比呼吸管內(nèi)氣壓變化值與變壓器內(nèi)油壓變化值是否對應，判斷波紋膨脹器移動是否順暢。通過觀察油枕油位計轉(zhuǎn)動情況和波紋膨脹器移動的金屬摩擦聲，可輔助判斷波紋膨脹器移動是否有卡澀。

油壓計算公式如下：

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。

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

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應的高度變化，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，啟動氣泵，觀察壓力表壓力變化、是否有抖動，油位測試透明軟管油位變化、是否有波動，以及油枕油位計轉(zhuǎn)動是否順暢平緩，直至油位計指示接近滿刻度，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，啟動氣泵，觀察壓力表壓力變化、是否有抖動，油位測試透明軟管油位變化、是否有波動，以及油枕油位計轉(zhuǎn)動是否順暢平緩，直到油枕排氣閥出油（油枕油位計接近初始位置時應減慢充氣速度，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，結束測試工作。

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

3? ? 現(xiàn)場試驗驗證

對某變電站外油波紋儲油柜主變開展了相關試驗，現(xiàn)場試驗裝置安裝如圖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，油位計指示7格；從呼吸器連管抽氣，氣壓為-0.7 kPa時，油位計指示8格；呼吸連管破真空后膨脹器復位，油位計指示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順暢。

4? ? 結論

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

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

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。

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。

4）對比呼吸管內(nèi)氣壓變化值與變壓器內(nèi)油壓變化值是否對應。

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

[參考文獻]

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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：變電運維。

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