膠囊式儲油柜假油位故障的原因分析及處理

吉 瑞

(國網中衛供電局，寧夏 中衛 755000)

膠囊式儲油柜假油位故障的原因分析及處理

吉 瑞

(國網中衛供電局，寧夏 中衛 755000)

通過對近年來膠囊式儲油柜的假油位故障實例進行分析，從儲油柜的選型設計、安裝及運行等階段對引起膠囊式儲油柜假油位典型故障的原因及處理方法進行了總結介紹。

變壓器;膠囊式儲油柜;假油位

0 前言

油浸式變壓器儲油柜的作用，一是確保在溫度變化最大的范圍內，使變壓器器身及各主要部件的油面高度在規定的范圍內，保證設備正常運行，并將其油位顯示給運行人員，以便監視；二是通過采用與空氣隔絕的裝置，起到防止變壓器油老化的作用。目前電力系統運行中的油浸變壓器大部分都采用儲油柜方式解決油體積變化和防止油老化問題。

膠囊式儲油柜具有結構簡單、可靠性高、維護方便、造價合理等優點，已被大量使用。但是它容易出現油位指示不正確的典型故障。產生這一故障的原因很多，故障現象也各不相同，特別是油位表的油位指示與儲油柜實際油位不一致時，將直接影響變壓器的安全經濟運行。分析近年來發生的膠囊式儲油柜油位指示不正確的實例，找出故障產生原因，提出處理方法。

1 膠囊式儲油柜結構及工作原理

膠囊式儲油柜的基本結構如圖1所示，其工作原理及油位指示原理如下。

1.1 工作原理

膠囊式儲油柜的工作原理是，在儲油柜殼體內裝有一個用耐油尼龍復合橡膠制成的軟膠囊，囊內通過呼吸管及吸濕器與大氣接觸，膠囊的大小形狀與儲油柜的大小形狀類似。在正常情況下，膠囊半漂浮在儲油柜的油中，當變壓器油箱中的油膨脹或收縮導致儲油柜油面上升或下降時，使膠囊向外排出氣體或自行吸氣以平衡膠囊內外側壓力，起到呼吸作用，從而將變壓器油與空氣徹底隔開，并且隨變壓器溫度的變化靈活補償油箱內的壓力差，有效地防止變壓器油老化,確保變壓器的安全運行。

圖1 膠囊式儲油柜基本結構

1.2 油位指示原理

目前，儲油柜的油位廣泛采用磁鐵指針式油位表來顯示。它以浮球為傳感元件，浮球漂浮在油面上緊貼膠囊下壁，隨油面上升下降而發生上下位移，再通過連桿、齒輪、磁耦合器等傳動元件，將儲油柜的油位用指針在表盤上指示出來。表盤上有極限報警紅區，為現場維護人員指示出危險區域；還通過報警開關輸出信號，實現高、低油位遠距離報警監測。

2 膠囊式儲油柜假油位故障實例

對近年來曾發生的膠囊式儲油柜油位指示不正確的故障及處理情況舉例如下。

(1) 某330 kV變電站1號主變發“本體油位低”報警信號，現場檢查本體油位表已在低油位報警紅區內。為確定儲油柜內的真實油位，將一根透明塑料細管的一頭接在主變底部取樣閥上，另一頭用絕緣桿高舉至本體儲油柜上端，采用連通器原理測量實際油位高度，查得本體實際油位在儲油柜一半的高度。再通過紅外測溫儀(原理：油與空氣分界面上下介質的熱物理性參數不同，在實際油面處形成一個有明顯溫度突變的清晰熱像特征)確認本體儲油柜內的油也在儲油柜一半的位置，與油位表指示相差較大。

打開儲油柜頂部呼吸器管放氣塞，用探棒檢查發現油囊內有油，初步判斷為膠囊破裂。在主變停電后，進入儲油柜內部檢查，發現膠囊底部有直徑約20 cm的破洞，本體油位表浮球也已破裂且伸進膠囊破洞內。后對膠囊和油位計浮球進行更換，主變恢復正常運行。

(2) 運行人員在設備巡視時發現，某110 kV變電站2號主變本體儲油柜呼吸器向外滴油。對故障進行初步確認后，主變停電對儲油柜進行內部檢查，發現膠囊底部中間有3個直徑約5 mm的破洞，其位置正在儲油柜氣體繼電器聯管口上方。該聯管口突出儲油柜底部平面約2 cm,且未采取檔罩防護。分析膠囊破損原因為膠囊在安裝或運行過程中多次與氣體繼電器聯管口蹭碰，導致膠囊破裂。

對膠囊進行更換，對氣體繼電器聯管口進行鈍化處理并加焊檔罩防護后，再補油至正常油位，主變恢復正常運行。

(3) 某110 kV變電站1號主變發“本體油位低”報警信號，現場檢查本體油位表已在低油位報警紅區內。對故障進行初步確認后，主變停電對儲油柜進行內部檢查，發現儲油柜浮球和連桿焊接處有裂紋，浮球內進油。判斷儲油柜油位指示為零是由于膠囊未完全脹開，油位表指示浮球被卷入褶皺，致使浮球和連桿的焊接處在膠囊呼吸過程中受力過大，焊縫開裂，絕緣油進入浮球，浮球過重下沉到儲油柜底部所致。

對浮子、連桿進行更換，復裝油位表，對膠囊充氣使其完全舒展，按照油位曲線補油至正常油位，檢查實際油位與油位表指示一致后，主變恢復正常運行。

3 假油位故障原因分析

當出現油位表的指示與本體油面高度不一致的假油位故障時，變壓器的安全經濟運行將受到影響。綜合分析，產生假油位的原因有膠囊故障、磁針式油位表故障、儲油柜密封不良進氣等。這些原因在儲油柜選型設計、安裝及運行3個階段中均可能發生，下面作逐一分析。

3.1 儲油柜選型設計階段

3.1.1 儲油柜膠囊掛點設置不當

由于膠囊在儲油柜內掛點過少，當端部側掛點離端部較遠時，其下垂的膠囊端部可能剛好壓在油位計連桿上，使連桿運動受阻而不能正確指示油位。若長時間受到向下的力的作用，連桿可能變形，如圖2所示。

圖2 膠囊掛點設置不當示意

3.1.2 聯管口突出儲油柜底內表面且未進行處理

當聯管口突出儲油柜底內表面太多，且未采取鈍化處理及加焊防護檔罩時，如果膠囊在安裝或運行過程中多次與其蹭碰，則可能破損進油，進而沉入油中，壓住油位表浮球，使油位表指示偏低。

3.2 安裝階段

3.2.1 安裝方法不當

當膠囊及油位表在出廠時已提前安裝且油位表連桿不能可靠固定時，則在隨儲油柜同時運輸的過程中，由于震動較大，會導致連桿浮球或膠囊損壞。

3.2.2 注油方法不當

(1) 注油時油柜內的空氣排得不徹底或排氣后未及時將排氣塞擰緊，造成空氣重新吸入，致使儲油柜內有大量氣體。由于空氣的膨脹系數比油大，會造成油位表指示油位不準。

(2) 注油過程中將呼吸管與注油管混淆，導致膠囊內大量進油。

3.3 運行階段

(1) 膠囊法蘭密封不良或膠囊材質老化漏氣，導致儲油柜內有大量氣體。

(2) 膠囊材質不良、老化或受外力破壞導致膠囊破裂進油。

(3) 油位表驅動機構和膠囊纏繞，導致驅動部分受力損壞。

(4) 油位表本身指示元件失靈。

(5) 儲油柜呼吸器堵塞，使膠囊內的空氣壓力不能與外界保持平衡，在一定程度上阻礙油位表隨油位變化。

4 采取的對策

4.1 儲油柜選型設計階段

(1) 膠囊的掛點數量和位置應能防止膠囊端部下垂和膠囊不能充分膨脹。掛鉤應有防止脫出功能。

(2) 儲油柜內各聯管口突出儲油柜底內表面部分應作鈍化處理并加裝防護罩。

(3) 應采用耐油、抗氣透、防油擴散、抗拉強度高及耐老化性能良好的膠囊，優先使用優質進口膠囊。膠囊應由3層材料組成：與油接觸的一層材料應具有高的耐油性能；與空氣接觸的一層材料應具有高的抗氧化性能；中間應有增加機械強度的尼龍層。

4.2 安裝階段

(1) 檢查膠囊的密封性。將膠囊與裝有壓力表的氣源接通，充以20 kPa氣壓、持續30 min，封住進氣口，用浸入水中或涂液的方法檢查有無滲漏。

(2) 對指針式油位表進行檢查。磁鐵式油位表的表桿一定要同柜體的軸線方向平行安裝。

(3) 安裝時膠囊的長度與方向應與儲油柜保持平行，不得有扭曲、拆疊現象。安裝軟氣囊時，呼吸口應同儲油柜固定法蘭連接。要利用掛鉤使膠囊與柜壁可靠固定，從遠離入端開始掛。一定要將掛帶可靠地掛在掛鉤上，防止膠囊從掛鉤上脫出，防止膠囊堵塞氣體繼電器聯管。

(4) 向儲油柜內注油時，必須將儲油柜內的空氣排出去。注油的方法有2種。

① 注油排氣法。打開儲油柜頂部排氣孔，拆下呼吸器或呼吸器下部油封碗，從濾油機經過儲油柜底部注油管閥注油。當儲油柜油位升高至2/3位置時，應緩慢注油，以防油大量噴出。待排氣孔處溢出油時，立即停止注油。這時儲油柜內的空氣已被排出，密封好排氣孔，安裝好呼吸器，再從儲油柜底部注油管閥處或變壓器下部放油閥處放油，調整儲油柜油位至正常高度。

② 壓縮空氣排氣法注油。當儲油柜油位升高至1/3位置時，拆下呼吸器，再從呼吸器聯管口處用壓縮空氣向膠囊內充氣，讓膠囊袋鼓起，充分膨脹開，以排出儲油柜內的空氣。待排氣孔處溢出油時，立即密封儲油柜上部排氣孔，裝好呼吸器，再從儲油柜下部注油管閥處補充油至正常油位。

4.3 運行階段

在運行階段，運行維護人員應及時對膠囊式儲油柜油位指示不正確的故障原因和部位進行判定并進行處理。判斷及處理步驟如圖3所示。

圖3 判斷及處理步驟

1 陳敢峰．變壓器檢修[M]．北京：中國水利電力出版社，2005．

2013-06-27)