羅 恒， 史秋蕓， 黃 芬， 吳 曦

(國(guó)網(wǎng)無(wú)錫供電公司，江蘇 無(wú)錫 214000)

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主變儲(chǔ)油柜缺陷導(dǎo)致的油位異常分析及處理

羅 恒， 史秋蕓， 黃 芬， 吳 曦

(國(guó)網(wǎng)無(wú)錫供電公司，江蘇 無(wú)錫 214000)

針對(duì)一起主變油位異常缺陷，結(jié)合實(shí)際油位、顯示油位及溫度-油位曲線，分析了油位異常的可能原因。計(jì)算了指針式油位計(jì)擺桿長(zhǎng)度，對(duì)儲(chǔ)油柜容積進(jìn)行了理論計(jì)算分析，結(jié)果表明儲(chǔ)油柜容積至少應(yīng)為主變本體油量的10%。指出現(xiàn)有主變存在的缺陷和誤差，并提出了處理措施和運(yùn)維檢修建議，為主變驗(yàn)收及維護(hù)工作提供了一定的參考。

變壓器；儲(chǔ)油柜；容量匹配；油位計(jì)

0 引言

油浸式電力變壓器是目前電力系統(tǒng)中主變壓器的主要類型，其鐵心和繞組應(yīng)始終全部浸在變壓器絕緣油中進(jìn)行絕緣和冷卻。變壓器油溫隨負(fù)荷和環(huán)境溫度的變化而變化，進(jìn)而引起變壓器油體積發(fā)生膨脹或減小。變壓器利用儲(chǔ)油柜滿足變壓器油這種體積變化的容積需求，以保證變壓器油在最低溫度和最高溫度范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)需要[1-4]。在油浸式變壓器日常巡視和維護(hù)中，油位的觀測(cè)和記錄是一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，油位過(guò)低或過(guò)高都將引起油位報(bào)警，甚至影響變壓器正常運(yùn)行[5-7]。油位異常的原因主要包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造缺陷、安裝調(diào)試時(shí)人為原因、設(shè)備構(gòu)件損壞等幾方面[8-13]。在主變壓器設(shè)計(jì)方面，主要是儲(chǔ)油柜有效容量和本體油量之間的匹配問(wèn)題，若儲(chǔ)油柜容積過(guò)小，將會(huì)出現(xiàn)油位異?，F(xiàn)象[14-17]，溫度較高時(shí)油位偏高，溫度較低時(shí)油位偏低，這將會(huì)直接影響主變的安全運(yùn)行，增加安全隱患和運(yùn)維檢修人員的工作量[18,19]。

1 主要異常現(xiàn)象

在夏日高溫期間，某供電公司檢修和運(yùn)行人員在巡視和檢修過(guò)程中對(duì)多臺(tái)主變壓器的油溫和油位進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1和圖1所示。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，油位計(jì)顯示油位與溫度-油位曲線對(duì)應(yīng)的理論油位相比，存在油位明顯偏高的現(xiàn)象。經(jīng)進(jìn)一步觀測(cè)發(fā)現(xiàn)：多臺(tái)新投運(yùn)主變油位升高較快，對(duì)較高油位的主變進(jìn)行放油處理后，隨著溫度變化，主變油位又產(chǎn)生較大偏差。該主變生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的該批次多臺(tái)主變壓器均存在油位異常的現(xiàn)象。

表1 主變油溫及油位統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1 The statistic results of main power transformers oil temperature and the oil level

圖1 主變油位對(duì)比Fig.1 The comparison of main power transformers oil level

2 油位異常原因分析及相關(guān)計(jì)算

2.1 油位異常原因初步推斷

針對(duì)本案例中多臺(tái)主變出現(xiàn)油位異常偏高的現(xiàn)象，經(jīng)初步分析，其可能原因有多種[7-10]。(1) 主變安裝調(diào)試時(shí)本體注油偏高，溫度變化后引起油位異常；(2) 主變壓器本體和調(diào)壓開關(guān)油路互相滲透；(3) 油位計(jì)顯示不準(zhǔn)確，出現(xiàn)假油位；(4) 產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造時(shí)儲(chǔ)油柜容量偏小，導(dǎo)致溫度升高時(shí)油位偏高。

經(jīng)調(diào)查分析，該主變安裝調(diào)試時(shí)，油位是嚴(yán)格根據(jù)油溫-油位曲線調(diào)整的，因此初步排除可能原因(1)。若本體與有載調(diào)壓開關(guān)相互滲透，本體油樣將會(huì)含有乙炔；另外該批次產(chǎn)品有載開關(guān)儲(chǔ)油柜直徑小于本體儲(chǔ)油柜直徑，若相互滲透，則有載開關(guān)會(huì)高油位報(bào)警，但實(shí)際并未出現(xiàn)上述現(xiàn)象，因此排除原因(2)。

經(jīng)過(guò)上述分析排查，結(jié)合主變運(yùn)行情況及分析結(jié)果，初步推斷油位異常的原因?yàn)?3)和(4)，即油位計(jì)顯示不準(zhǔn)確；儲(chǔ)油柜容積偏小，與本體油量不匹配。下面以表1中9號(hào)主變?yōu)槔归_分析。

2.2 油位計(jì)顯示準(zhǔn)確性驗(yàn)證

為驗(yàn)證油位計(jì)顯示準(zhǔn)確性，采用2種現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)方法。

(1) 用透明軟油管的一端在儲(chǔ)油柜放油閥處聯(lián)通，并將油管另一端抬高超過(guò)儲(chǔ)油柜上沿，將油管與儲(chǔ)油柜構(gòu)成一個(gè)連通器，根據(jù)連通器原理，此時(shí)油管的油位高度即為儲(chǔ)油柜的實(shí)際油位高度。圖2為檢修人員在主變現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量實(shí)際油位。

圖2 主變油位現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)Fig.2 Field measurement of the main power transformer oil level

(2) 采用紅外測(cè)溫方式檢測(cè)主變實(shí)際油位，圖3為紅外測(cè)溫結(jié)果。經(jīng)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，儲(chǔ)油柜油位與油位計(jì)顯示結(jié)果存在一定差異(顯示油位為8格左右，經(jīng)實(shí)際測(cè)量，實(shí)際油位為7格左右)，由此可以得出結(jié)論，油位計(jì)顯示不準(zhǔn)確。

圖3 主變油位紅外測(cè)量結(jié)果Fig.3 The infrared measurement of the main power transformer oil level

本案例中的主變油位計(jì)均為擺桿式指針油位計(jì)，此種油位計(jì)如果機(jī)構(gòu)卡澀，擺桿過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短、擺桿彎曲等原因均可導(dǎo)致其顯示假油位。因此需對(duì)油位計(jì)顯示不準(zhǔn)確的根本原因進(jìn)行進(jìn)一步分析。通過(guò)注油和放油觀察油位計(jì)指針擺動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)當(dāng)注油或放油時(shí)油位計(jì)指針能夠隨油量多少而同步變化，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，排除由于機(jī)構(gòu)卡澀的原因?qū)е录儆臀滑F(xiàn)象。另外，經(jīng)過(guò)拆卸油位計(jì)擺桿觀察，發(fā)現(xiàn)油位計(jì)擺桿并沒(méi)有出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。由此推斷，油位計(jì)顯示不準(zhǔn)確的原因可能是油位計(jì)擺桿偏短。

如圖4所示，油位計(jì)的擺桿長(zhǎng)度會(huì)直接影響擺桿偏轉(zhuǎn)角度，即影響顯示油位。相同的實(shí)際油位情況下，擺桿偏長(zhǎng)時(shí)，偏轉(zhuǎn)角度會(huì)偏小，從而使油位計(jì)顯示的油位偏小，若主變實(shí)際運(yùn)行中存在此缺陷，則可能導(dǎo)致實(shí)際油位偏高達(dá)到報(bào)警油位值時(shí)，油位計(jì)仍未觸發(fā)報(bào)警，對(duì)主變安全運(yùn)行造成嚴(yán)重影響；反之，若擺桿偏短，偏轉(zhuǎn)角度會(huì)偏大，油位計(jì)顯示的油位偏高，可能導(dǎo)致油位正常時(shí)發(fā)生觸發(fā)報(bào)警的現(xiàn)象，影響主變可靠運(yùn)行。

圖4 不同擺桿長(zhǎng)度時(shí)油位示意圖Fig.4 The oil levels with different length of swing-rod

2.3 油位計(jì)擺桿長(zhǎng)度計(jì)算及分析

為驗(yàn)證擺桿長(zhǎng)度是否標(biāo)準(zhǔn)，且針對(duì)擺桿長(zhǎng)度理論值進(jìn)行計(jì)算分析,如圖5所示。

圖5 擺桿長(zhǎng)度計(jì)算示意圖Fig.5 Calculating diagram of the length of swing-rod

圖5中，最低油位時(shí)擺桿浮球與儲(chǔ)油柜底部平行，此時(shí)擺桿角度為0°；最高油位時(shí)，擺桿浮球與儲(chǔ)油柜頂部膠囊袋貼平，此時(shí)油位計(jì)擺桿角度為浮球擺角最大值45°。故有：

(1)

式(1)中：L為擺桿長(zhǎng)度(如圖5所示);d為最高油位時(shí)浮球中心點(diǎn)與最低油位時(shí)擺桿之間的垂直距離;D為儲(chǔ)油柜直徑;df為油位計(jì)浮球直徑;x為油位計(jì)軸心與儲(chǔ)油柜底部距離;dj為膠囊袋完全被壓縮時(shí)總厚度。

本案例中主變油位計(jì)型號(hào)為YZF2-250TH，其相關(guān)參數(shù)為D=800 mm，df=94 mm，x=75 mm，dj=50.8 mm。上述參數(shù)帶入式(1)可得d=627.2 mm，L=887 mm。即油位計(jì)擺桿長(zhǎng)度為887 mm。

實(shí)際油位計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)輪有套筒，其長(zhǎng)度為50 mm，因此實(shí)際配置擺桿長(zhǎng)度需減短50 mm。為便于測(cè)量，也可用轉(zhuǎn)動(dòng)軸至浮球表面的長(zhǎng)度L′作為擺桿長(zhǎng)度來(lái)進(jìn)行配置。即L′=790mm。根據(jù)實(shí)際測(cè)量發(fā)現(xiàn)，油位計(jì)擺桿長(zhǎng)度僅為730mm左右，相比計(jì)算值偏小60mm左右，這也使得油位計(jì)顯示油位相比實(shí)際油位偏高，即存在假油位現(xiàn)象。

2.4.1 儲(chǔ)油柜容積應(yīng)滿足的要求

為適應(yīng)和滿足變壓器油隨著溫度變化而發(fā)生的體積膨脹或減小，儲(chǔ)油柜容積應(yīng)滿足以下條件：

(1) 當(dāng)環(huán)境溫度最低、變壓器不帶電時(shí)本體始終充滿變壓器油，儲(chǔ)油柜依然有油；

(2) 當(dāng)環(huán)境溫度最高、主變以最高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，儲(chǔ)油柜內(nèi)的油不溢出。

2.4.2 儲(chǔ)油柜容積匹配計(jì)算及驗(yàn)證

根據(jù)上述儲(chǔ)油柜容積應(yīng)滿足的要求，若不考慮儲(chǔ)油柜頂部和底部存在的預(yù)留空間，儲(chǔ)油柜容積大小應(yīng)約為主變油溫最大變化范圍的體積變化量?？赏ㄟ^(guò)溫度變化范圍、主變油量及變壓器油體積膨脹系數(shù)K(一般取0.000 7/℃)計(jì)算儲(chǔ)油柜應(yīng)滿足的最小容積。即：

1例產(chǎn)超廣譜β-內(nèi)酰胺酶肺炎克雷伯菌重癥肺炎患者的藥學(xué)監(jiān)護(hù) ………………………………………… 孫瓊?cè)A等（3）：378

(2)

式(2)中:Vc為儲(chǔ)油柜容積;Gc為儲(chǔ)油柜油重;V0為本體油量體積;G0為本體油重;K為變壓器油體積膨脹系數(shù)。

根據(jù)相關(guān)規(guī)程，取變壓器最低平均油溫tmin=-25 ℃，最高平均油溫tmax=+100 ℃，代入式(2)計(jì)算可得儲(chǔ)油柜容積最小應(yīng)為本體油量體積的8.75%，即儲(chǔ)油柜油重應(yīng)為本體油重的8.75%。

上述計(jì)算中的Vc為儲(chǔ)油柜理論最小容積，未考慮補(bǔ)償系數(shù)或裕量，而實(shí)際應(yīng)用中，考慮到以下因素：(1) 儲(chǔ)油柜油位計(jì)擺桿與儲(chǔ)油柜底部有一定高度差(見(jiàn)圖5)，儲(chǔ)油柜實(shí)際可起到調(diào)節(jié)作用的有效容積更?。?2) 日常運(yùn)維中油樣采集會(huì)造成一定油量損耗；(3) 主變?cè)试S短時(shí)過(guò)負(fù)荷運(yùn)行；(4) 儲(chǔ)油柜設(shè)計(jì)制造時(shí)應(yīng)留有一定裕量。

綜上所述，實(shí)際應(yīng)用中的儲(chǔ)油柜容積一般取主變本體油量的10%為宜。該主變的實(shí)際參數(shù)且如表2所示。

表2 主變部分參數(shù)Table 2 Parameters of the power transformer

根據(jù)表2可知該主變儲(chǔ)油柜實(shí)際容積補(bǔ)償百分?jǐn)?shù)僅為7.767%，不符合計(jì)算所需的10%，且未達(dá)到理論計(jì)算最小值8.75%，即儲(chǔ)油柜容積偏小。

儲(chǔ)油柜容積偏小，在油溫較高時(shí)，可能在油溫允許范圍內(nèi)即出現(xiàn)油位過(guò)高的現(xiàn)象，從而觸發(fā)高油位報(bào)警，生產(chǎn)人員不得不進(jìn)行放油處理；在溫度較低時(shí)，可能出現(xiàn)低油位報(bào)警，要求生產(chǎn)人員進(jìn)行補(bǔ)油處理。上述情況將增加主變運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，影響主變穩(wěn)定運(yùn)行，增加生產(chǎn)人員工作量。

2.5 油位異常缺陷的原因總結(jié)及處理措施

通過(guò)計(jì)算分析和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)多臺(tái)新投運(yùn)主變均存在以下缺陷，也是造成油位異常的原因。油位計(jì)擺桿長(zhǎng)度偏短及儲(chǔ)油柜容積偏小。針對(duì)上述缺陷，提出相應(yīng)整改方案。

2.5.1 油位計(jì)擺桿偏短缺陷整改方案。

(1) 根據(jù)各臺(tái)主變儲(chǔ)油柜的直徑等參數(shù)，對(duì)油位計(jì)擺桿長(zhǎng)度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化配置。

(2) 申請(qǐng)停電，做好安全措施，拆除本體呼吸器，打開儲(chǔ)油柜頂部悶頭，將變壓器儲(chǔ)油柜中的絕緣油排到準(zhǔn)備好的油罐中。

(3) 拆除油位計(jì)二次電纜、拆除油位計(jì)。

(4) 進(jìn)行檢查及測(cè)量，確定擺桿長(zhǎng)度是否適宜，并根據(jù)計(jì)算擺桿長(zhǎng)度，調(diào)整或更換油位計(jì)擺桿。更換擺桿之后，檢查其擺動(dòng)情況，確認(rèn)擺動(dòng)正常無(wú)卡澀，擺桿最低時(shí)指針顯示位置為0格，擺桿最高時(shí)指針顯示10格。確認(rèn)無(wú)誤后恢復(fù)安裝油位計(jì)。

(5) 確認(rèn)無(wú)誤后恢復(fù)安裝油位計(jì)，恢復(fù)油位計(jì)二次電纜接線。

(6) 在儲(chǔ)油柜進(jìn)出油閥門處注油，直至儲(chǔ)油柜頂部悶頭有油溢出，即停止注油，關(guān)閉頂部悶頭。

(7) 靜止半小時(shí)后，對(duì)變壓器本體上改放氣處進(jìn)行放氣，在儲(chǔ)油柜進(jìn)出油閥門處放油至標(biāo)準(zhǔn)油位。

(8) 安裝本體呼吸器， 并觀察呼吸器呼吸是否正常。

(9) 對(duì)二次回路中的高、低油位報(bào)警信號(hào)進(jìn)行校驗(yàn)。

2.5.2 儲(chǔ)油柜容積偏小問(wèn)題整改方案

結(jié)合主變停電大修，與變壓器廠協(xié)商，改造、更換容量適宜的儲(chǔ)油柜，制定儲(chǔ)油柜增容改造計(jì)劃。由于儲(chǔ)油柜改造工程量較大，需停電時(shí)間較長(zhǎng)，可采取臨時(shí)處置方案。在氣溫較低季節(jié)時(shí)油溫較低，易造成油位偏低現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致低油位報(bào)警(本體輕瓦斯發(fā)信)，可將主變油位保持較高水平；在氣溫較高季節(jié)時(shí)，將主變油位保持較低水平。另外，在主變?nèi)粘＿\(yùn)行過(guò)程中，注意記錄主變油位變化情況。再申請(qǐng)主變停電檢修，逐臺(tái)進(jìn)行儲(chǔ)油柜增容改造。

3 結(jié)語(yǔ)

(1) 指針式油位計(jì)擺桿長(zhǎng)度直接影響油位計(jì)顯示結(jié)果，若長(zhǎng)度不適宜將形成假油位現(xiàn)象。應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)油柜容積大小及直徑等參數(shù)，通過(guò)計(jì)算確定油位計(jì)擺桿的準(zhǔn)確長(zhǎng)度。

(2) 經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，儲(chǔ)油柜容積滿足的補(bǔ)償百分?jǐn)?shù)應(yīng)為10%左右。實(shí)際運(yùn)行中，若儲(chǔ)油柜容積偏小，則會(huì)導(dǎo)致溫度較高時(shí)油位偏高，溫度較低時(shí)油位偏低，影響主變正常運(yùn)行。

(3) 在主變出廠驗(yàn)收和安裝調(diào)試工作中，對(duì)于參數(shù)設(shè)計(jì)缺陷問(wèn)題不易察覺(jué)，尤其對(duì)于儲(chǔ)油柜容積偏小這一缺陷，整改較為困難，工作量大。因此，應(yīng)注意加強(qiáng)主變出廠前的監(jiān)造及檢查和驗(yàn)收，增加儲(chǔ)油柜容量校核的工作，核對(duì)主變油溫-油位曲線設(shè)計(jì)范圍是否適宜。

(4) 在日常運(yùn)維檢修中，應(yīng)加強(qiáng)油溫油位的巡視記錄，針對(duì)油位異常主變壓器，開展定期特巡工作。運(yùn)用紅外精確測(cè)溫等多種方式進(jìn)行油位實(shí)測(cè)及校核，繪制真實(shí)油位包絡(luò)線，對(duì)油位異常情況進(jìn)行分析，總結(jié)缺陷原因并制定相應(yīng)處理方案。

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(編輯 徐林菊)

Analysis and Treatment of Oil Level Abnormity Caused by Defects in Main Transformers

LUO Heng, SHI Qiuyun, HUANG Fen, WU Xi

(State Grid Wuxi Power Supply Company, Wuxi 214000, China)

The possible causes of the oil level abnormity were analyzed for the main transformer oil level abnormal defects, combined with the actual oil level, showed oil level and temperature-oil level curve. The length of pointer-type oil level swing-rod was calculated. The capacity of oil conservator was calculated and analyzed, and results show that it should be at least 10% of the body oil volume of main transformers. Defects and errors of existing main transformers were pointed out, and treatment measures and operational maintenance suggestions were put forward, which provides a reference for the main transformer acceptance and maintenance work.

power transformer; oil conservator; volume matching; oil level detector

2017-01-11；

2017-03-04

TM411

A

2096-3203(2017)03-0105-05

羅 恒

羅 恒(1988—)，男，陜西安康人，工程師，從事變電檢修工作;

史秋蕓(1989—)，女，安徽宣城人，工程師，從事變電檢修工作；

黃 芬(1976—)，女，江蘇宜興人，高級(jí)工程師，從事變電壓及絕緣監(jiān)測(cè)、變壓器設(shè)備檢修工作；

吳 曦(1980—)，男，江蘇武進(jìn)人，高級(jí)工程師，從事變電運(yùn)維工作。