大型變壓器膠囊式儲油柜和隔膜式儲油柜對比研究

孫京陽,王 南,于在明,唐 紅,白欽與

(1.長春市恒濤熱電有限公司，吉林 長春 130001;2.國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧沈陽 110006; 3.國網遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006)

大型變壓器運行過程中，由于受到環境溫度和運行負荷的影響，油溫存在大幅變化，變壓器內的大量絕緣油會隨著溫度的變化出現熱脹冷縮，因此儲油柜是調節變壓器內油量的重要組成設備。膠囊式儲油柜和隔膜式儲油柜均具有結構簡單、易維護等優點，通過儲油柜內的橡膠膠囊或橡膠隔膜與箱壁連接形成的密閉空間隔絕外界空氣，通過橡膠膠囊或橡膠隔膜伸縮實現絕緣油油壓與大氣壓的平衡。運行時如出現密封失效，則會引起各類變壓器運行故障[1-5]。為此，本文統計了近5年膠囊式儲油柜和隔膜式儲油柜的故障案例,通過對案例的整理和分析,對兩者的運行安全可靠性進行了對比研究。

1 儲油柜故障案例

1.1 隔膜式儲油柜故障案例

經過統計，某省公司近5年來隔膜式儲油柜故障案例僅1起。

案例1：2017年1月，某220 kV變電站2號主變壓器出現油位指示為零，經停電檢查發現是因為儲油柜隔膜破裂后自然下沉所導致。

1.2 膠囊式儲油柜故障案例

經過統計，某省公司近5年來膠囊式儲油柜故障案例4起。

案例1：2017年1月，某500 kV變電站2號主變壓器箱體因上蓋持續滲漏油，補油過程發現油位計顯示無變化，排油檢查發現膠囊一端接縫處有破損，位于膠囊端部接縫處，見圖1。

圖1 膠囊破損部位(案例1)

案例2：2017年6月，某換流站011B換流變油位低于當時的油溫曲線，打開儲油柜呼吸器連管處法蘭檢查發現，膠囊內有絕緣油，確定為膠囊破損。排油檢查發現膠囊存在2處破損，分別位于中上部和固定法蘭接觸部位外沿，見圖2。

圖2 膠囊破損部位(案例2)

案例3：2017年6月，某500 kV變電站2號電抗器本體呼吸器硅膠罐底絕緣油外流，打開儲油柜呼吸器連管處法蘭檢查發現，膠囊內充滿絕緣油，膠囊上浮，確認膠囊破損。排油檢查發現膠囊存在2處破損，分別位于頂部中間位置和固定法蘭接觸部位外沿，見圖3。

圖3 膠囊破損部位(案例3)

案例4：2019年7月，某220 kV變電站本體呼吸器漏油，當日16時，巡視人員發現絕緣油充滿呼吸器硅膠罐，從硅膠罐底部大量外流，形成油流，當日18時，呼吸器停止向外漏油。停電檢查發現膠囊破裂，破裂位置在膠囊上下半球接縫處，見圖4。

圖4 膠囊破損部位(案例4)

同時,為更全面調查膠囊式儲油柜破損部位，還統計了近5年其他省份膠囊式儲油柜故障案例，共計4起。

案例5：2015年6月，某換流站Y/D-B換流變壓器本體呼吸器硅膠罐底有絕緣油外流，形成油流。打開儲油柜呼吸器連管處法蘭檢查發現膠囊內存在絕緣油，確認膠囊已破損。取出膠囊檢查發現存在1處破損，位于膠囊右端端面上，見圖5。

圖5 膠囊破損部位(案例5)

案例6：2015年6月，某換流站極1B相換流變壓器于當日15時投入運行，當日18時30分，巡視人員發現該換流變壓器本體呼吸器硅膠罐底絕緣油大量外流，形成油流。停電檢查發現膠囊存在2處破裂點，分別位于油位計浮球上方和膠囊右端掛點處，見圖6和圖7。

圖6 呼吸器漏油部位(案例6)

圖7 膠囊破損部位(案例6)

案例7： 2018年11月，某換流站01B換流變壓器本體重瓦斯動作，三相開關跳閘。現場檢查換流變壓器油位為10.9%，符合當時油溫曲線，無漏油現象。通過放油閥取油樣時無絕緣油流出，進行補油操作時，油位計顯示無變化，存在假油位現象。排油檢查發現膠囊破損，破損位于膠囊中部，膠囊下沉至儲油柜底部，與本體連通管端部對應位置有明顯壓痕，見圖8。

圖8 膠囊破損部位(案例7)

案例8：2019年2月，對某換流站極1C相換流變壓器儲油柜膠囊泄漏告警缺陷進行檢查，取出膠囊后采用注水加壓法測試，發現膠囊存在7處滲漏點，其中4處位于膠囊兩端，2處位于側面，1處位于法蘭處，見圖9。

圖9 膠囊破損部位(案例8)

2 膠囊式儲油柜和隔膜式儲油柜對比分析

經統計，近5年本省發生隔膜式儲油柜故障案例僅1起，而膠囊式儲油柜故障案例有4起，故障數量遠多于隔膜式儲油柜。對此本文就膠囊式儲油柜故障率較高的問題進行深入分析。

2.1 膠囊式儲油柜和隔膜式儲油柜結構

膠囊式儲油柜膠囊多為圓柱形，在呼吸器連管法蘭處進行固定，膠囊與油位計連桿間存在一浮球，浮球與連桿相連接，靠自身浮力與膠囊底部緊密接觸[6-10]，見圖10。

圖10 膠囊式儲油柜結構

雙密封形式的隔膜式儲油柜，上下箱體間使用密封墊進行第一道密封，隔絕外界的空氣和水分進入儲油柜箱體內，儲油柜內隔膜周邊固定于下半圓柜沿下方，采用密封墊壓緊，作為儲油柜的第二道密封。

雙密封在油柜右端板上側裝有一磁針式油位表，當隔膜上下移動時，通過固定在隔膜上的支架，和可以自由伸縮的油位表連桿，以及傳動齒輪、磁偶等機構，將變壓器油位用指針在刻度盤上指示出來。不同于膠囊式儲油柜在油位表連桿端頭采用浮球形式抵住膠囊下方，隔膜式儲油柜油位表連桿與隔膜直接連接，膠囊式儲油柜的浮球為塑料材質，存在破損風險，故障案例6即為浮球破損后戳破膠囊的情況。

此外雙密封隔膜式儲油柜的隔膜采用獨立密封，密封膠條固定于法蘭下方凹槽內，油箱上蓋與下蓋間使用第二道密封固定。在隔膜安裝完成后可進行密封性試驗檢測，大幅提高運行可靠性[11-13]。隔膜式儲油柜結構見圖11。

圖11 隔膜式儲油柜結構

2.2 運行故障主要影響因素

通過分析研究，在運行過程中以下幾個方面對膠囊式和雙密封隔膜式儲油柜存在較大影響。

a.橡膠材料的使用

儲油柜故障案例大多數為儲油柜內橡膠材料破損導致，橡膠材料相比于其他不銹鋼部件更易破損，因此橡膠材料的使用成為了儲油柜整體密封性最薄弱的部位。對于相同容積的儲油柜，膠囊所需橡膠材料面積遠大于隔膜，因此膠囊式儲油柜運行可靠性比隔膜式儲油柜差。

b.膠囊的磨損

對膠囊破損部位進行統計，共計破損部位17處，其中破損部位位于膠囊兩端面共7處，位于浮球上方對應部位的共1處，其他破損部位共9處，兩端面破損概率為41%。膠囊式儲油柜破損部位統計見圖12。

圖12 膠囊式儲油柜破損部位統計

通過圖12可見，膠囊的破損點集中于膠囊兩端，膠囊兩端因存在接縫而表面不平整，當儲油柜箱壁兩側存在焊接、毛刺等不平整時，運行過程中兩者不斷摩擦及鉤住拉扯等問題，最終出現破損。而隔膜四周均有固定于儲油柜上下殼體之間無法位移，隔膜上無接縫表面光滑，運行過程為凸凹形變，不易與儲油柜內壁發生摩擦，因此膠囊式儲油柜運行可靠性差于隔膜式儲油柜。

c.浮球破損

對圖12中浮球上方破損點分析，膠囊式儲油柜油位計連桿末端連接一浮球浮于絕緣油中，運行中浮球以連桿半軸抵住膠囊下方，隨著膠囊伸縮來回移動，浮球破損后極易扎破橡膠材料造成膠囊破損。隔膜式儲油柜連桿同隔膜直接連接，不存在相對移動,因此膠囊式儲油柜比隔膜式儲油柜多一個潛在危害點。

2.3 運行故障危害比較

通過對膠囊式儲油柜和隔膜式儲油柜整理所引起的故障類型進行統計分析，基本故障類型分為滲油、假油位、重瓦斯動作(開關跳閘)和大量漏油。隔膜式儲油柜所引起的故障共1起，為假油位故障；膠囊式儲油柜引起的故障共8起，其中滲油故障1起，假油位故障2起，重瓦斯動作(開關跳閘)故障1起，大量漏油故障4起。

按照膠囊式儲油柜和隔膜式儲油柜結構分析，兩者共同的故障類型包括假油位、堵塞本體瓦斯繼電器聯管。其中堵塞本體瓦斯繼電器聯管所造成的危害較為嚴重，絕緣油體積收縮時由于無法由儲油柜流向本體進行補油，被堵塞端口下方開始出現真空區域，油面繼續下降，瓦斯繼電器內出現真空區域，首先導致輕瓦斯動作發出報警信號，繼而重瓦斯動作，造成變壓器跳閘故障。膠囊破損后虹吸現象油路見圖13。

圖13 膠囊破損后虹吸現象油路示意圖

但膠囊式儲油柜還會產生由呼吸器管路向外大量漏油的故障，該類故障危害也較嚴重，是膠囊破損后會出現獨特的虹吸現象所致。在膠囊破損后失去浮力懸浮于絕緣油內，待絕緣油體積膨脹時擠壓膠囊，絕緣油經膠囊內部至呼吸器連管、呼吸器后溢出變壓器，此時呼吸器出口低于變壓器最高油面，在絕緣油流出后形成虹吸油路持續往外抽油。由于變壓器內油面下降迅速，首先導致輕瓦斯動作，繼而重瓦斯動作，造成變壓器跳閘故障。

3 結束語

本文列舉了變壓器隔膜式儲油柜和膠囊式儲油柜近年所發生的故障案例，并進行統計分析，由于膠囊式儲油柜的橡膠材料使用面積更大，端面等部位因不平整易破損，對浮球破損的潛在危害進行總結，膠囊式儲油柜密封可靠性差于隔膜式儲油柜；此外，從兩者所發的故障類型和危害進行分析和比較，隔膜式儲油柜不僅出現異常情況少，且無從呼吸器向外漏油的可能性，可以得出膠囊式儲油柜運行安全性差于隔膜式儲油柜。因此，綜合判斷隔膜式儲油柜運行安全可靠性高于膠囊式儲油柜。