電力變壓器運行負壓產(chǎn)生原因及危害

陳云鶴

（國網(wǎng)浙江永康市供電有限公司，浙江 永康 321300）

1 前言

變壓器的密封裝置無法起到應(yīng)有的作用，空氣和水會進入變壓器，從而引起繼電器發(fā)生報警現(xiàn)象，進而觸發(fā)開關(guān)裝置，在嚴重時會發(fā)生絕緣破壞事故。所以制造企業(yè)和用戶都會認為負壓的產(chǎn)生是由于變壓器存在一定的設(shè)計問題。并且在制造和技術(shù)改造方面并沒有考慮到從根本上解決壓力的措施，由于電纜管網(wǎng)的內(nèi)部沒有進行有效的密封，油箱呼吸道堵塞。當(dāng)強油循環(huán)油管進入空氣或者水分，就可能由于壓力大，發(fā)生一定的運行事故，這對變壓器的安全運行造成了極大的威脅，所以工作人員需要進一步分析和研究這種現(xiàn)象，從根本上解決這個問題。

2 負壓問題產(chǎn)生的原因

2.1 變壓器呼吸系統(tǒng)未閉合

當(dāng)變壓器的呼吸系統(tǒng)堵塞時，變壓器內(nèi)部的溫度就會升高，內(nèi)部壓力也會增大，當(dāng)壓力超過一定范圍時，就會導(dǎo)致油注入壓力閥。在釋放壓力的過程中，輕質(zhì)瓦斯氣體會出現(xiàn)的一定的保護動作，如果是運用雙球組成的繼電器還會發(fā)生重瓦保護動作。當(dāng)變壓器的油溫度下降，內(nèi)部壓力降低，和外部大氣對比，高于油位的部位就可能會出現(xiàn)負壓問題，甚至導(dǎo)致外部水和空氣進入變壓器，其結(jié)果無法想象。另外，過度的壓力會損傷和失效密封部件。在一定的壓力差異下，呼吸系統(tǒng)的地方也會發(fā)生突然的導(dǎo)通現(xiàn)象，并且會伴隨著輕質(zhì)氣體的保護作用[1]。

2.2 強油循環(huán)冷卻回路設(shè)計不合理

目前變壓器的設(shè)計考慮到油泵軸承的油路和磨損壽命等，一般情況下，繞組內(nèi)油速和油泵出口油速需要控制在一定范圍內(nèi)，油泵規(guī)定的旋轉(zhuǎn)速度也不能大于一定范圍，管道阻力特性曲線和變壓器油泵運行特性曲線。一般情況下，冷卻器油路總壓力損失按循環(huán)油路的結(jié)構(gòu)和變壓器的電阻特性計算，冷卻器管道接近變壓器主機，油泵的壓力損失可忽略，如果壓力較低，負壓的可能小于下位結(jié)構(gòu)，負壓的可能性也較小。

雖然在油浸式電力變壓器技術(shù)參數(shù)及要求等標準中并且沒有明確規(guī)定線路無負電壓，然而，目前幾乎所有的制造商都沒有在設(shè)計中滿足這一要求。一旦旁路環(huán)以及多回路結(jié)構(gòu)的老式潛水油泵堵塞，旁路軌道上就會在泵后部產(chǎn)生負壓區(qū)。普通下過濾器濾網(wǎng)堵塞，也會導(dǎo)致整個電機殼體產(chǎn)生負壓區(qū)，如制造過程中油泵殼體深孔有鉆孔，或深孔與下端的孔沒有完全對齊，當(dāng)油箱油位低于一定的油位時，或油泵電源電壓異常，流量超過設(shè)定值時，也會出現(xiàn)包括冷卻器和管道在內(nèi)的負壓油泵進油，或者管道設(shè)計不合理，可能會產(chǎn)生較大的渦流和負壓，因此在設(shè)計時應(yīng)考慮這一因素。

2.3 套管自身負壓

在殼體制造過程中，如果真空在常溫下破裂，密封后會出現(xiàn)低溫和負壓現(xiàn)象。密封失效后，外部負壓氣體和濕氣進入殼體，引起受潮問題。此外，在操作和維護期間采集的油樣過多也可能導(dǎo)致負壓。因此，套管爆破問題頻繁發(fā)生。此外，在極低溫地區(qū)，如內(nèi)蒙古和黑龍江北部冬季，夜間氣溫非常低。如果殼體未經(jīng)特殊處理，變壓器輕載或停運，則殼體會因油冷收縮而產(chǎn)生負壓，如果負壓過高，則檢查殼體密封系統(tǒng)。因此，外殼在設(shè)計和制造時應(yīng)無壓力。由于油紙電箱內(nèi)充入的絕緣油是熱的，絕緣油會溶解氣體，使內(nèi)部壓力比初灌時降低，根據(jù)當(dāng)時油溫的不同，干燥的空氣或空氣被灌入氣體的上腔。自然注入的氣體逐漸溶解在絕緣油中，大約一年后達到穩(wěn)定狀態(tài)，因此，應(yīng)考慮上述時間和溫度因素引起的下降。

2.4 穿纜套管的負擔(dān)

變壓器的正常工作油位置一般低于高壓管網(wǎng)頭，導(dǎo)向棒或電纜管網(wǎng)內(nèi)絕緣油和變壓器的連接部位存在工作壓力現(xiàn)象，特別是在真空加油和油箱一起注入時，由于在管內(nèi)注入油，這種現(xiàn)象越來越嚴重。一坦克油箱和高壓油箱的油量差距越大，浮壓現(xiàn)象就越嚴重，特別是500 kV 和以上套管裝置中，這種情況更為明顯。

2.5 其他條件下的負壓問題

2.5.1 要打開的閥門沒有打開

油箱和油箱之間的蝶閥或閥門一般應(yīng)該處于關(guān)閉狀態(tài)，但是安裝時，吸濕器下端密封墊未清除時，可能會導(dǎo)致變壓器閥門失靈，上述閥門錯誤關(guān)閉導(dǎo)致呼吸道受阻，氣溫下降時，變壓器主機的流量減少，無法及時補充油氣，如果夜間出現(xiàn)大雨，就會導(dǎo)致變壓器的油溫急劇下降，由于閥門關(guān)閉，氣體繼電器形成了負壓區(qū)，從而導(dǎo)致溶解在油中的氣體慢慢擴散在繼電器中，從而導(dǎo)致繼電器出現(xiàn)一定的保護動作。

2.5.2 冷卻裝置的入口閥關(guān)閉

冷卻器入口閥關(guān)閉，當(dāng)油泵開啟時，油泵入口部分產(chǎn)生極強壓力，密封泄漏導(dǎo)致氣體繼電器頻繁動作。例如，變壓器修理后，燃氣繼電器運行期間會突然進行動作，但色譜圖分析正常，檢查結(jié)果顯示冷卻器進口閥堵塞，潛水泵向變壓器噴射空氣，使氣體繼電器頻繁動作據(jù)悉，當(dāng)油泵打開時，油不會進入，這樣對散熱器有很強的壓力，散熱器會收縮，散熱器的油會在短時間內(nèi)放置在車身上，隨著體內(nèi)流量的增加，油會受高速油流影響，通過氣體繼電器和管道迅速流向油箱，由于煤氣繼電器的中氣體作用而引起開關(guān)事故?；蛘咭话銇碚f500kV 變壓器是通電的，當(dāng)油泵打開后，出現(xiàn)了保護動作，從而造成了開關(guān)的觸發(fā)，原因就是因為變壓器散熱器的油蝴蝶閥關(guān)閉錯誤，下部油蝴蝶閥正常開啟位置，當(dāng)油泵通電開啟時，散熱器的油迅速進入車身，產(chǎn)生氣體繼電器的動態(tài)油流保護動作。

2.5.3 片式散熱器強油循環(huán)方式的油泵開啟時

由于偏轉(zhuǎn)散熱器的散熱片是彈性體，所以會在正壓下體積收縮或膨脹。此外，驅(qū)動裝置停止，不流動的油對瞬時流動的阻力最大。當(dāng)偏轉(zhuǎn)散熱器強油循環(huán)模式油泵打開時，流動阻力大，短期內(nèi)無法補充油，導(dǎo)致散熱器內(nèi)有負荷，同時散熱器內(nèi)的油從機體排出時，主機油量會立即增加。如果問題嚴重，可使用氣體繼電器的油流動作開關(guān)。一般配置多臺油泵，以適應(yīng)偏置散熱器的強油循環(huán)方式，如同開機時，由于油量大，散熱器在短時間內(nèi)會產(chǎn)生較大的負荷，即油泵的出油口大于散熱器的出油口，多余的油排入主機，通過氣體繼電器和管路迅速流向油箱，油量大轉(zhuǎn)速沿氣體繼電器方向流動，當(dāng)偏壓過高時，當(dāng)油速超過氣體繼電器中氣體的作用策略時，如500kV 和220kV 變壓器調(diào)試時，會發(fā)生切換事故。兩臺機組啟動后，將產(chǎn)生驅(qū)動氣體繼電器油流的油泵開關(guān)。

3 出現(xiàn)運行負壓的結(jié)果

3.1 變壓器因呼吸系統(tǒng)發(fā)生跳閘問題

比如變壓器在正常情況下，突然發(fā)生跳閘問題，并且突然對氣體啟動保護動作，經(jīng)過檢查分析，對系統(tǒng)無影響，并且發(fā)現(xiàn)是由于氣道堵塞引起的，導(dǎo)致爐內(nèi)產(chǎn)生油流沖擊，引起氣體保護動作和氣體繼電器的保護動作。

3.2 冷卻回路負壓進水

目前，強油冷卻回路中的連續(xù)壓力問題最為嚴重，在設(shè)計和制造過程中不理解設(shè)計規(guī)范和用戶識別錯誤，界面不使用焊縫作為密封面。運行中，由于振動或外力，安裝過程中的殘余應(yīng)力或基礎(chǔ)沉降等，導(dǎo)致泄漏或運行老化問題。如果不起作用，空氣從泄露的部分進入保護氣體，頻繁報警會使絕緣子受潮進入水中，氣體進入繞組或其他區(qū)域時會發(fā)生局部放電，這將導(dǎo)致絕緣性能惡化，并導(dǎo)致絕緣的間隙。

3.3 低溫油樣品或管道頻繁取樣后的負壓

當(dāng)維持蓄電殼體內(nèi)部的套管末端密封失效時，就在采樣過程中會有濕氣或外部空氣進入，進水后套管的絕緣性能下降，空氣進入還會導(dǎo)致放電和絕緣，這兩種情況都會導(dǎo)致爆炸事故，造成絕緣電阻明顯下降。根據(jù)物理檢測結(jié)果顯示，石油儲罐彈簧和支承板出現(xiàn)生銹問題，電氣容器的鐵芯棒表面，從下面的零點到外殼的金屬接地部分，有掉落的痕跡。下端的第一個和第二個顯示中可以找到泄露點和放電點。

4 消除變壓器工作負荷的措施

4.1 設(shè)計與制造

4.1.1 合理選擇油泵頭

確定變壓器在油泵內(nèi)部結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該在溫度上升條件下合理選擇冷卻電路的油流量和油泵頭，以降低油流速度，增加油流，增加油泵的量定有利于降低值。

4.1.2 提高油箱高度

工作人員應(yīng)最大限度地增加油箱的安裝位置，并且適當(dāng)減少冷卻電路交叉點的負壓值，如果油箱的最低油位高于穿孔電纜插口，可避免流入水濕式絕緣破裂事故，并保持較高的油量也有助于防止工作壓力現(xiàn)象。

4.1.3 應(yīng)使用內(nèi)油式的金屬膨脹箱

內(nèi)油型金屬膨脹油箱的重要特點之一是內(nèi)油型金屬膨脹油箱的變壓器油在運行過程中保持微壓狀態(tài)，這也是產(chǎn)生微壓的原因之一，油箱波紋芯金屬不銹鋼使用材料加工成特殊波紋結(jié)構(gòu)。另一個原因是，波紋芯的壓力平衡板可以調(diào)節(jié)壓力，這種特性可以降低負壓產(chǎn)生的頻率。

4.2 工藝處理

在出廠前，除了要對管道進行壓力嚴密性試驗外，還應(yīng)進行真空嚴密性試驗，試驗合格后，向氣室注入一定量的干氮氣或空氣，并且使管道內(nèi)處于微壓狀態(tài)的氣室保持微靜壓，這可以有效防止管道故障的發(fā)生。

4.3 操作和維護

用于充氣的微膨脹管對油樣的提取有一定的限制，等空氣強度越高，可按廠家說明書使用，其次，在運行中應(yīng)定期進行預(yù)防性試驗，如有損壞或容量異常，應(yīng)查明原因。

5 結(jié)語

變壓器在運行過程中，存在內(nèi)部負壓現(xiàn)象，主要是由于外部空氣和水分進入變壓器，氣體繼電器的保護動作。所以在對變壓器進行設(shè)計的過程中，應(yīng)避免內(nèi)部壓力，并在運行和維護過程中保證變壓器的有效運行。