氣體繼電器在儲油柜膠囊破損監測的應用

蘇 文，黃道均，王志鹍，劉 流，過 羿，王 錳

(國網安徽省電力公司檢修公司，安徽 合肥 230000)

氣體繼電器在儲油柜膠囊破損監測的應用

蘇 文，黃道均，王志鹍，劉 流，過 羿，王 錳

(國網安徽省電力公司檢修公司，安徽 合肥 230000)

介紹了利用氣體繼電器監測變壓器儲油柜膠囊破損、漏油的原理；結合某500 kV變電站主變C相呼吸器油封杯溢油現象，最終確定膠囊出現微小破損的實例，說明了氣體繼電器在變壓器運行狀態監測中的價值，為膠囊破損、漏氣監測提供了參考依據。

氣體繼電器；儲油柜膠囊；呼吸器油封杯；溢油；破損

0 引言

作為變壓器的重要部件之一，儲油柜在保證本體內變壓器油處于正常壓力并且充滿狀態、減少變壓器油與空氣的接觸面、減緩油的劣化速度等方面發揮著重要作用。常用的儲油柜分為普通型和密封型2種。隨著變壓器技術的發展，基于密封儲油柜改進與外界空氣完全隔離的密封型膠囊儲油柜受到了廣泛關注與使用，效果很好。膠囊式儲油柜的膠囊隔絕變壓器油和外界空氣接觸，通過自身體積變化來反映變壓器本體油面高低。如果膠囊出現破損，變壓器油進入膠囊與大氣直接接觸，長期運行后，會加速變壓器油劣化，危及變壓器的安全運行。

現提出利用氣體繼電器監測膠囊的破損情況，并結合呼吸器油杯溢油現象進行分析，確定了膠囊存在漏氣情況，并利用泡沫原理進行漏點定位，對密封型儲油柜膠囊破損監測提供了參考。

1 儲油柜與吸濕器結構

1.1 儲油柜

儲油柜與變壓器本體連通，位置高于變壓器箱蓋。變壓器溫度變化導致變壓器油體積發生變化，油位相應上升或下降，儲油柜可容納或對本體補充變壓器油?，F場使用較多的是密封型膠囊式儲油柜，其結構如圖1所示。膠囊內部與大氣相通，當溫度升高時油面上升，膠囊中的氣體通過與吸濕器相通的連管排出，膠囊縮??；反之，油面下降，膠囊通過吸濕器吸入空氣，體積增大。

圖1 膠囊式儲油柜結構

1.2 吸濕器

吸濕器是一個圓形容器，上端通過聯管接到變壓器的儲油柜上，下端有孔與大氣相通。吸濕器主體為玻璃管，內部盛有變色硅膠(或活性氧化鋁)作為干燥劑。吸濕器下部帶有油杯(盛油器)，作為空氣進口處的過濾裝置。當變壓器油體積由于變壓器負載或環境溫度變化而發生脹縮時，儲油柜膠囊內的氣體將通過吸濕器來排氣或吸氣。

2 膠囊破損監測

2.1 監測方法

國外學者對儲油柜膠囊破損與漏氣監測方法進行了研究，取得了較多成果，如意大利學者研發的CPR系列專用繼電器，巴西學者設計的基于MBR傳感器與保護繼電器組合的裝置，前者在日本和歐洲應用廣泛，后者在其本國或委內瑞拉得到一定應用，但因某些原因均未在我國得到廣泛應用。

國內對膠囊式儲油柜破損的監測方法有：MBR傳感器配置保護繼電器法；CPR專用繼電器法以及氣體繼電器法。

(1)MBR傳感器配置保護繼電器法由一個安裝在膠囊內部的特殊傳感器(具有LED發光功能)和安裝在就地控制箱內的保護繼電器組成。膠囊破損時，特殊傳感器中的LED發射光被變壓器油吸收、發散，導致耦合電路失衡，發出報警信號。該方法可靠性高，但結構復雜、成本太高。

(2)CPR專用繼電器法采用意大利生產的CPR繼電器，安裝于儲油柜上部。膠囊破損時，空氣進入儲油柜，匯集至CPR繼電器；當空氣達到一定容積時，浮子滾動，發出報警信號。該方法結構簡單、可靠性高，缺點是成本高、對儲油柜與閥門密封要求較高。

(3)國內使用較多的是氣體繼電器法，將氣體繼電器安裝于儲油柜與變壓器聯管上，膠囊通過法蘭和聯管與吸濕器相連。變壓器正常運行時，氣體繼電器充滿油，浮子浮起，儲油柜內除膠囊外沒有空氣，只是充滿變壓器油。當膠囊破損時，變壓器油進入膠囊，很有可能將本體與儲油柜連接的通道堵塞。這樣，儲油柜的油無法進入變壓器本體。在本體油位下降后，瓦斯繼電器中少油或者無油后動作。該方法成本低、熟悉方便，缺點是對氣體繼電器與閥門的密封要求較高。

2.2 氣體繼電器報警與呼吸器油杯溢油

2.2.1 氣體繼電器報警

2014-06-15，某500kV變電站2號主變C相氣體繼電器油面降低，開口杯降低到一定位置，其內部磁鐵使干簧觸點閉合，接通信號電路，發出報警信號。在對變壓器油位復測后，未見變壓器油本體或冷卻器系統漏油。同時排除變壓器油溫降低引起的油體積縮小卻未能得到油枕補償(油枕油位原來偏低)等情況。對變壓器取油樣，未見異常，排除變壓器內部故障產生氣體。繼續觀察發現，氣體繼電器上部聚集較多空氣，判斷此為氣體繼電器發出報警信號的原因。氣體繼電器信號報警后，按運行規程，立即對變壓器進行檢查，記錄氣體繼電器內部氣體量，并取氣樣及油樣做色譜分析。因氣體繼電器內的氣體無色、無臭且不可燃，色譜分析判斷為空氣，變壓器可繼續運行。同時對二次回路故障或變壓器內部故障進行逐一排查，未見異常。經初步分析，排除變壓器內部故障、二次回路故障引起輕瓦斯動作報警的可能，而是變壓器儲油柜內部膠囊存在破損，致使變壓器油進入膠囊，導致油面下降引起輕瓦斯動作報警的幾率最大。

2.2.2 油封杯溢油現象

6月16日，2號主變負荷為30萬kW，變壓器油溫在(47±0.5)℃，A，B相呼吸器呼吸緩慢，油封杯內油位始終保持在油杯1/3位置。C相呼吸器呼吸劇烈，油封杯油位較高，基本充滿，如圖2所示。

圖2 呼吸器油封杯

6月18日，2號主變負荷為16.7萬kW，A，B，C三相油溫基本一致，A，B，C三相散熱器均在自動投入位置，三相風扇未啟動。C相繞組溫度為56.4℃，油溫為54.2℃，C相呼吸器油封杯出現溢油現象。

2.2.3 原因分析

由于C相呼吸器呼吸劇烈，說明主變呼吸系統不暢通。另外，C相油封杯中的油位比A，B相高，可推斷C相油封杯中多出的油是從吸濕器管接頭處階段性溢出的，其可能原因如下。

(1)如呼吸系統正常，管道密封良好，膠囊無破損，則推測油封杯中溢出的油來自投運前。如果投運前溢油，在變壓器注入絕緣油時，絕緣油會進入膠囊。外界溫度升高時，儲油柜油溫升高，膠囊體積減小，油會從膠囊中溢出。然而，在夏季時，該情況并沒有發生，因此這種情況不可能存在。

(2)如呼吸系統正常，管道密封良好，膠囊破損，在一定情況下，當油枕中油位高于破損點時，油枕中的油會向膠囊內滲漏。當油枕油位低于破損點時，空氣進入儲油柜內部，匯集到氣體繼電器中，內部油位下降，浮子落下，發出報警信號。同時，膠囊中少量油可能因為壓力原因倒吸入呼吸器管道中，并從油封杯中溢出。如果是這種情況，長時間運行后，油枕中油位和膠囊中油位紅外測溫可能有分界點，可以利用紅外測溫確定。同時在這種情況下，隨著負荷的增大和環境溫度的升高，會發生同樣的溢油事件。

(3)變壓器呼吸系統異常，不存在膠囊破損情況，與油枕連接的真空閥存在微漏。理論上，油枕內、膠囊外的空間里是充滿絕緣油的。如果呼吸管道和油枕之間的真空閥沒有關緊或存在微滲和微漏的情況，由于壓力的不同，油會向呼吸系統滲漏。油枕連接的真空閥微漏的絕緣油在膠囊向外排氣時，在氣流的作用下，會向呼吸管道排出。在呼吸管道內，由于空氣壓力的不同，形成一定油柱(沒有形成油柱前，有少量的油溢入油杯，使油杯中的油位上升)，堵塞呼吸管道，可能會造成缺陷中描述的階段性“劇烈呼吸”。6月18日下午發生的溢油現象就是因為呼吸管道內部壓力不斷增大，造成絕緣油下移而導致的。如果是這種情況，短期內油封杯中的油位還會慢慢上升，長時間后條件符合的情況下，還會發生油杯溢油現象；但缺陷是短期內溢油現象，因此該情況不可能。

綜上所述，確定變壓器儲油柜呼吸系統正常，管道密封良好，膠囊破損，變壓器油進入膠囊，導致油面下降，引起輕瓦斯動作報警。同時，變壓器油溫度升高，使油進入呼吸器管道，出現溢油現象。因此，必須及時進行膠囊更換。

3 膠囊更換與檢漏

3.1 膠囊更換

對新膠囊進行打氣檢查，檢查膠囊無泄漏、損傷，0.02MPa壓力下持續30min無明顯失壓，如圖3所示。

連接好管路，確保密封性良好，進行儲油柜排油、新膠囊更換。拆除舊膠囊后發現膠囊內部有大量變壓器油，認為膠囊破損或密封不嚴。油枕排油完成后現場檢查，懷疑油枕進油后造成油位計浮球移動受阻，更換新膠囊后缺陷消除，正常發油位異常信號。

圖3 新膠囊充氣檢漏

3.2 泡沫法檢漏

對更換下來的儲油柜膠囊充氣至一定壓力并將其固定，清除膠囊表面油污，用手輕貼其表面，感受是否有風。利用泡沫法檢漏時，將肥皂泡沫覆灑在膠囊表面，泡沫越多越好，使其表面全部濕潤，觀察是否存在氣孔，最終在膠囊中間位置找到了泄漏點。

4 結論

介紹了氣體繼電器在全密封膠囊儲油柜膠囊破損監測中的應用情況；結合呼吸器油封杯溢油現象，預測膠囊存在泄漏點，更換舊膠囊并確定了泄漏點位置。綜上所述，此方法成本低，操作簡單，為膠囊破損、漏氣監測提供了重要的參考依據。

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6黃衍臻．一臺220kV主變壓器膠囊式儲油柜油位異常原因分析及防范措施[J]．變壓器，2010，47(1)：72-74.

2017-01-02；

2017-03-22。

蘇文 (1987—)，男，助理工程師，主要從事 1000kV 及500kV變電一次設備檢修維護工作，email:suwen0706@163.com。

黃道均(1986—)，男，助理工程師，主要從事1000kV及500kV變電一次設備檢修維護工作。

王志鹍(1969—)，男，助理工程師，主要從事1000kV及500kV變電一次設備檢修維護工作。

劉流 (1988—)，男，助理工程師，主要從事 1000kV 及500kV變電一次設備檢修維護工作。

過羿 (1989—)，男，助理工程師，主要從事 1000kV 及500kV變電一次設備檢修維護工作。

王錳 (1988—)，男，助理工程師，主要從事 1000kV 及500kV變電一次設備檢修維護工作。