500 kV鵝城換流變油枕膠囊損壞原因分析

孫威，方毅平，劉秋平，尹旭

(國網湖南省電力公司檢修公司，湖南長沙410004)

±500 kV鵝城換流變電站年度檢修中，發現換流變極ⅠY/Y-B相油枕膠囊破損，該相換流變為ABB公司2002年產品，2012年對其進行油化試驗時發現絕緣油含氣量超標。

1 換流變油枕

1.1 油枕的作用

當變壓器油的體積隨油溫的升降而膨脹或縮小時，油枕起著儲油和補油的作用，以保證油箱內永遠充滿油，同時減少換流變與空氣的接觸面，減緩油的裂化速度。為了增加換流變油位的真實性，提高運行的可靠性，鵝城變在每相換流變的油枕里加裝油位傳感器，可遠程監控換流變的真實油位。

1.2 油枕的結構

1.2.1 波紋式油枕

當油溫上升時油箱內的變壓器油通過輸油軟連管流入波紋膨脹芯體，波紋片膨脹展開，當油位上升到一定高度時，語言報警器接通，發出警報。從結構上可分為內油式和外油式，內油式如圖1所示。

圖1 波紋式 (內油式)油枕結構圖

由于它具有結構簡單、安裝方便、且壽命長、靈敏度高和維護量小等特點，現在應用越來越廣，其局限性在于不能進行抽真空注油，需進行二次補油。

1.2.2 隔膜式油枕

隔膜周邊壓裝在上、下柜沿之間，隔膜的內側緊貼在油面上，外側和大氣相通。集聚在隔膜外部的凝露水可以通過放水閥排除，其結構圖如圖2所示。由于現場故障率高，隔膜容易破壞，這種結構形式逐漸在系統中被淘汰。

圖2 隔膜式油枕結構圖

1.2.3 膠囊式油枕

膠囊內部與大氣相通，當溫度升高時，油面上升，通過與呼吸器相通的聯通排除膠囊的氣體，膠囊縮小;反之，油面下降，膠囊通過呼吸器吸入空氣，體積增大，其內部結構如圖3所示。

這種膠囊式結構注油方便，只需把膠囊與本體之間的閥門打開就可進行全真空注油，且耐壓抗震能力強，在系統內最為常見，鵝城變極ⅠY/Y-B相換流變油枕為該種結構。但膠囊存在一定的安全隱患，可能影響到變壓器的正常運行。

圖3 膠囊式油枕結構圖

2 換流變膠囊損壞原因分析

2.1 現場情況

原缺陷中包含了極Ⅰ Y/Y-B相絕緣油含氣量超標，但氣體繼電器和油流繼電器中沒有發送過故障動作信號，排除了由于器身內部故障引起的氣體含量超標，由此推斷進氣處最有可能為油枕部位。現場打開油枕頂蓋檢查，發現膠囊內已浸有部分變壓器油。經現場檢查和分析，推斷原因如下:

1)膠囊與本體之間沒有連通閥門，排除了由于全真空注油完后真空破壞的可能性。

2)本體呼吸器硅膠重50 kg，假如油經此進入膠囊，硅膠會吸收盡變壓器油;另外，運維記錄中沒有油封杯中的變壓器油明顯減少或不見的記錄，所以排除了由于在高溫時呼吸器堵塞后，低溫時突然呼吸暢通，外界大氣壓大于膠囊內部氣壓，把油封杯內的變壓器油壓入膠囊內的可能性。

故判定為膠囊破損，可能存在沙眼或滲油點，這樣變壓器油才能進入其內。

2.2 原因分析

1)油枕排氣方法不當或工作不慎，膠囊在較大氣壓下被內壁毛刺破壞。該相換流變的油枕膠囊于前次檢修時已進行過更換，在更換膠囊后對油枕排氣采用的是注油排氣法，即打開油枕頂部放氣塞，把膠囊充滿氣，再往油枕內注油，隨著油面升高，油枕中的氣體從放氣塞不斷排出。

可能由于油枕放氣塞較小，出氣速度比進油速度慢，如果注油速度過快或工作中不慎，不僅無法排出油枕內的空氣，反而隨著注油量的增加，造成膠囊局部受力增大，當油枕內壁有毛刺時或某點突尖時，有可能造成膠囊破損。

2)膠囊隨本體變壓器油呼吸時多次上下運動，被下方油位傳感器損壞。在更換已損壞的膠囊時，發現在膠囊下方裝有油位傳感器，且油位傳感器的上端存在尖端棱角，當本體油溫變化時，變壓器油熱脹冷縮，膠囊隨著油面上下呼吸，有可能剛好撞在油位傳感器的尖端上。由于廣東地區晝夜溫度變化快，膠囊隨本體變壓器油呼吸上下運動的次數，在多次和尖端物碰撞后，有可能使膠囊破損。

3)油枕內存有空氣，可能使膠囊封堵呼吸出口，壓擠破壞膠囊。油枕內存有空氣時，空氣隨變壓器油溫升高而急劇膨脹，并壓迫膠囊外沿下降(因膠囊頂部固定在儲油柜上部，膠囊頂部不會下降)，且膨脹的油使膠囊底部升高，膠囊呈蘑菇狀。變壓器溫度繼續上升，當膠囊底部升高至其呼吸出口時，呼吸出口被堵塞，膠囊失去呼吸功能，內部壓力隨著膠囊被壓扁而不斷增大，最終可能被壓擠破壞。

4)膠囊的制造材料和工藝較差。另一種可能是膠囊的制造材料和工藝達不到工藝要求，耐油性和耐高溫性能較差，在變壓器油的長期浸泡和應力下，發生老化和內部龜裂，最后發展到破損階段。

3 膠囊損壞危害分析

雖然檢修過程中發現膠囊內進入的變壓器油不多，但時間一長，沙眼或滲漏點會進一步擴大，對變壓器的使用壽命和安全運行有著很大威脅。

1)假油位，可能引起壓力釋放閥動作噴油。膠囊破壞后，油位計不能正確指示真實油位，引導檢修人員往油枕內補油。當主變在高溫環境下或高負載運行時，絕緣油體積隨著油溫升高不斷膨脹，如油枕內部充滿油后其內部已無法為繼續膨脹的絕緣油提高膨脹空間時，持續增大的油壓超過壓力釋放閥動作壓力值時造成釋放閥動作噴油。

如某220 kV變電站主變絕緣油吸附處理結束后發現油枕油位指示過低，考慮到油處理過程中有部分油損耗，就向本體補充700 kg絕緣油。當夏天高溫天氣來臨時，壓力釋放閥動作，主變強迫停運。后經檢查發現，油位計指示雖然在中間位置，但是油枕頂部已充滿絕緣油。

值得注意的是，由變壓器運行引起的絕緣油高溫膨脹不同于主變內部電弧放電或繞組匝間短路、鐵芯多點接地、漏磁增大等局部過熱引發的絕緣油分解現象，它不會造成主變內部氣體容量急劇增多和油流速度加快，因此噴油時主變本體、調壓開關和套管氣體繼電器不會發送輕和重瓦斯動作信號。

2)堵塞本體呼吸通道，可能導致重瓦斯動作引起主變跳閘。膠囊破損進油后，在油重的作用下，膠囊的破碎皮條有可能堵塞油枕通至本體的油路管路，使油只能留在油枕而不能回流到本體，本體內逐漸形成負壓、瓦斯內少油或無油，造成輕瓦斯和重瓦斯動作，導致主變三側斷路器跳開。

如某500 kV變電站原主變C相油枕膠囊破裂，油進入膠囊過重而堵塞油枕至本體的油路管道，當本體油冷縮時、瓦斯內少油，輕瓦斯動作，此后油化人員取樣時，大量進氣導致重瓦斯動作主變跳閘。

3)主變本體吸潮進水，存在著主變安全運行隱患，嚴重情況可導致主變毀滅性損壞。膠囊一旦損壞，變壓器由密封狀態變為非密封狀態，油枕油面與外界氣壓平衡，且與外界直接接觸，難以阻擋外界水分和潮氣進入油內。

一方面水分的存在會促進有機酸對銅、鐵等金屬的腐蝕作用，對油的氧化作用起催化作用，加速變壓器油的老化，降低變壓器油的絕緣性能;另一方面溶解于油中的水分子在高溫高熱或強電場的作用下分解，產生氫氣和其它氣體，造成絕緣油色譜異常，含氣量超標;更嚴重的是溶解在變壓器油中的水在強電場的作用下易向繞組聚集，使變壓器繞組的紙質絕緣吸收水后絕緣性能降低，甚至遭到永久的破壞，引起線圈對地擊穿或線圈匝間短路，造成設備毀滅性損壞。

吸潮進水現象難以察覺，長此以往，對變壓器絕緣品質和使用壽命都會產生不利影響，對變壓器的安全運行形成嚴重威脅。

4 結束語

綜上所述，運行油枕的安全和完好對保障變壓器的使用壽命和安全運行具有十分重要的意義，在主變日常運維檢修時，應注意以下幾點:

1)一旦發現油枕油位下降，不要立即采取補油措施，首先要查明及判斷油的去處，是滲漏了還是進入了膠囊。

2)更換該膠囊排出油枕空氣時，要注意首先把本體與油枕之間的閥門關掉 (因為該換流變的壓力釋放閥與本體之間未裝設閥門)，防止往膠囊充氣時，膠囊內的氣壓傳遞到壓力釋放閥上，引起壓力釋放閥動作噴油。

3)油枕大修時除應對膠囊進行更換外，還應檢查油枕的回油口，看是否有加裝1個反扣的杯狀網隔，如沒有則應予以加焊，防止膠囊破損后，堵塞回油口，引起主變運行異常。

4)建議在條件具備的情況下，用波紋式油枕替代膠囊式油枕，這樣就可消除膠囊破損給主變運行帶來的安全隱患。

〔1〕國家電網公司.變壓器檢修〔M〕.北京:中國電力出版社，2010.

〔2〕莫有德.一起變壓器油枕異常引起壓力釋放閥動作的處理過程及分析〔J〕.廣西電業.2007(7):76-78.

〔3〕唐捷.一起220 kV變壓器壓力釋放閥異常動作的缺陷處理及原因分析〔J〕.變壓器.2009(8):56-58.