一起1000 kV變壓器油位異常動態的分析及處理

陳志鵬 陳韶輝 吳承福 唐亞鵬 漆 羕

（國網浙江省電力有限公司超高壓分公司，浙江 杭州 311121）

0 引言

變壓器油是一種穩定性好、黏度小、絕緣強度高、冷卻性優良并經石油分餾的混合物。變壓器的主要作用是絕緣、冷卻，另外在有載開關、油斷路器中具有消弧功能。變壓器需要設有油枕，確保變壓器油箱在任何工況下均能充滿絕緣油，而且油枕的設置還能夠預防變壓器油的體積隨著油溫的變化而膨脹或縮小。總之，油枕能夠起儲油和補油作用，以保證油箱內充滿油，減小變壓器本體與空氣的接觸面，減緩油的劣化速度。為了使變壓器器身和套管下部能可靠地浸入油中，以保證變壓器安全運行，因此需要在油枕的側面裝有油位計，專門用來監視油位的變化[1]。一旦油位計本身出現異常，運行人員就會失去對變壓器油位的監視，將危及變壓器的安全穩定運行。

該文針對一起特高壓1000 kV變壓器運行中發生的油位指示與實際油位不一致的異常情況，通過油位計的結構及后續解體檢查情況判斷出導致油位異常的根本原因是油位計的浮子內部進油。最后分析總結變壓器出現油位異常時的多種原因和對應檢查處理方法，對變壓器日常運維檢修具有借鑒意義。

1 異常情況

1.1 設備基本情況

某特高壓站某主變C相由保定天威保變電氣股份有限公司生產，型號為ODFPS-1000000/1000。

該主變油位計由大連世有電力科技有限公司生產，型號YZF3-186×296（TH），其結構如圖1所示。該油位計是通過液壓機械傳動測量系統來完成油位測量的，油位計根據兩個浮子在油枕中的位置來檢測實際油位。實際測量油位時，浮子會帶動浮子連桿轉動，再通過安裝在油枕外壁的傳感器和毛細管，傳到指示儀表的液壓系統。

圖1 油位計結構組成

液壓系統再通過液壓轉換模式，將液壓產生的位移轉化為指示表計的油位指針指示。兩個波紋管和連接管組成了液壓系統。波紋管有兩個作用，第一是當浮子的位置出現變化時，會在波紋管中產生位移，再傳遞給指示儀表。第二是溫度補償的作用。

1.1 異常情況

2015年7月13日，運行人員發現某主變C相油位指示相對其他兩相油位指示明顯較低，且不符合油溫-油位曲線，而A、B兩相油位指示符合油溫-油位曲線。

經過紅外測溫實際測量該主變三相油位，發現油位符合油位-油位曲線，三相實際油位未發現明顯差距，現場檢查主變外觀也未發現滲漏油情況。綜上所述，初步懷疑該油位計存在故障，出現了假油位現象。

2 現場檢查、處理情況

2.1 第一次停電檢修現場檢查情況

2016年3月18日至23日主變停電檢修期間，檢修人員詳細檢查了主變C相油位異常情況。

首先，先拆開膠囊與呼吸器的連接法蘭，檢修人員將不銹鋼絲一端包裹白布伸入膠囊底部，拿出后檢查白布是否有油跡，以檢查確認膠囊是否損壞。經檢查膠囊內部。結果未發現油跡，證明膠囊無異常。

其次，檢修人員采取一根透明的塑料軟管，通過“連通器”原理對主變壓器油枕的實際油位進行測量，如圖2所示，方法如下：從變壓器底部的取油樣閥接到塑料軟管的一端，軟管的另一端固定在變壓器油枕上方，使軟管保持垂直狀態，可測出變壓器實際油位。經過主變C相油枕油位的實際測量，發現其與其他兩相油位無明顯差距。

圖2 “連通器”原理進行油位實測

最后，確定造成油位異常的主要原因在于油位計。該油位計由指針表計、毛細管、傳感器和浮子桿四部分組成。因此廠家更換了某主變C相本體油位計的指針表計、毛細管和傳感器。由于更換浮子桿需要將油枕排油，當時該次檢修人員未更換浮子及連桿。2016年5月15日，運維人員發現主變C相油位指示與剛更換后的油位指示基本一樣，沒有明顯變化，而其他兩相油位指示已隨溫度發生對應變化。

2.2 第二次停電檢修現場檢查情況

2017年3月6日至12日，某站某主變停電檢修期間更換了主變C相油枕內部的浮子桿，然后注油，油枕油位恢復正常，符合油溫-油位變化曲線了，如圖3所示。

圖3 某主變油溫-油位曲線和注油后的油位

現場對更換下來的浮子桿、油位指針表計和傳感器進行了詳細檢查，發現表計和傳感器可以正常使用，而浮子桿中的下浮子存在一裂縫，并不斷地滲出油。具體檢查過程如下。1）核查油位計是否卡滯。拆除油位計表盤組件，手動撥動油位計指示表針，復裝表盤組件后，油位指示迅速恢復，排除顯示器組件卡滯的可能。2）檢查油位計浮子、浮桿是否損壞。通過油枕引下的排油管對油枕進行排油處理。排油至瓦斯繼電器位置后停止排油，拆出浮子桿，檢查浮子外觀，現場發現下浮子與連桿固定處存在裂縫，且用力擠壓浮子外部時油跡滲出明顯，如圖4所示。

圖4 存在裂縫的下浮子

2.3 現場處理情況

根據檢查情況，現場進行了如下處置。

首先，更換整體油位計（指針表計、毛細管、傳感器和浮子桿四部分）。重新安裝前，檢查浮桿與浮子轉動是否配合正確，浮子上下轉動后，指針會相應擺動，傳感器正常。且更換的浮子與原浮子材質不同，該次更換的浮子材質是泡沫塑料，如圖5所示。

圖5 更換上去的新油位計

其次，對油枕進行抽真空處理。將油枕真空度抽至133Pa后持續保壓2h。真空注油至油溫-油位曲線表對應位置。利用簡易U型連通管再次實測油枕的油位，與油位表計一致。

最后，進行氣密性檢查。從呼吸氣管道對膠囊充入氮氣，壓力保持在0.015Pa，持續2h。檢查發現保壓過程中氣體壓力無明顯變化，外觀無明顯滲漏現象。

2.4 浮子解體情況

2017年3月17日，在變電檢修大廳內對某站某主變C相油枕內部浮子進行了解體檢查，浮子連桿結構圖如圖6所示。浮子材質是尼龍材質。

圖6 浮子和連桿結構圖

2.4.1 上浮子解體檢查

上浮子是通過一穿心螺桿與固定鋼件連接，現場先拆掉上浮子，檢查發現上浮子外觀完好，無裂紋痕跡。用鋼鋸鋸成兩半，從剖開的浮子內部油跡顏色深淺可以看出油跡是從浮子內部與穿心螺桿接觸部位向其他部位擴散的，如圖7所示。

圖7 浮子和連桿結構圖

繼續解剖上浮子，鋸成8小塊，檢查發現上浮子內部存在吸油現象，且吸油痕跡由里及外愈發明顯，如圖8所示。

圖8 上浮子解體情況

2.4.2 下浮子解體檢查

對存在裂紋的下浮子進行解體，發現下浮子內部吸油現象更嚴重，用手擠壓下浮子，絕緣油滲出明顯。且下浮子內部存在多處空隙，共計6處，如圖9所示。

圖9 下浮子解體情況

3 油位異常原因分析

浮子和連桿浸在油中，總質量M不變。如果浮子內部不吸油，僅表面出現裂紋，基本不影響浮球總質量M。浮力F不變的情況下，浮子并不會下沉。

根據浮子解體情況，浮子內部的材料并非憎油性材料，相反具有較強的吸油性。廠家僅在浮子的外表涂有一層憎油性材料，防止浮子吸油。如果浮子外表面的涂層出現破損，變壓器油就會被吸入浮子內部。此外浮子內部存在空隙，也會加劇“浮子吸油”的作用。浮子吸油后，質量不斷增加。當浮子和連桿在油中的重力大于受到的浮力時，就會慢慢下沉，直至沉到油枕壁底，這時候油位計指示就出現慢慢下降為0的現象。

因此可判斷某站某主變C相油位指示降為0的原因是浮子內部進油，原因如下：1）上浮子內部的穿心螺桿存在孔洞，浮子密封不良。2）浮子與連桿結合處存在裂縫。裂縫的產生可能是制造或者廠內裝配過程中的薄弱部位，也有可能是在現場抽真空并加壓檢漏試驗時，浮子的抗壓能力不足，導致開裂。3）浮子內部的材質吸油，且存在空隙。

近幾年來公司變電站范圍內出現變壓器油位異常的情況較多，該文通過這些事故案例對油位異常的原因進行分析，總結得出油位出現異常的主要原因有如下幾種：1）主變本體出現滲漏油（瓦斯繼電器、壓力釋放閥、取油閥、套管法蘭面和油色譜在線監測管道等）。2）因呼吸器硅膠受潮或者裝入過多，導致主變呼吸器運行過程中發生堵塞，使呼吸器無法正常呼吸，進而形成假油位。3）油枕膠囊破損，內部進入大量變壓器油，使膠囊無法正常呼吸，引起油位指示異常（通過是否呼吸及油位情況判斷）。4）油枕與膠囊之間的法蘭面密封不嚴密，或者密封圈出現變形，導致空氣緩慢進入油枕內部，長期慢慢積聚在油枕頂部，最終使油位指示異常。5）油泵負壓區出現滲漏點。油泵啟動后，空氣進入變壓器內部，慢慢積聚在油枕頂部，導致油位指示異常（針對強迫油循環冷卻方式的變壓器）。6）運行過程中，變壓器油枕的油位計出現損壞，導致出現假油位。

4 油位異常影響及檢查處理方法

4.1 油位異常的影響

首先，變壓器油位過高。一旦變壓器負荷增大，變壓器油溫升高明顯，油體積將不斷膨脹，會造成油枕油位不斷上升，甚至導致壓力釋放動作，出現噴油現象。其次，油位過低。將會造成瓦斯內部因缺少油而集聚空氣，導致出現瓦斯動作。當出現嚴重缺油時，變壓器鐵芯和繞組會暴露在空氣中，降低變壓器內部絕緣水平，同時可能導致絕緣件受潮。嚴重的話，甚至會造成變壓器內部絕緣擊穿事故[2]。

4.2 油位異常處理方法

根據可能造成油位異常的原因，檢修人員制定了相應的處理方案。1）不停電檢查本體各個部位以及器身是否出現滲漏油（油箱、瓦斯繼電器、壓力釋放閥、取油閥、套管法蘭面等），同時注意隱蔽部位，例如油色譜在線監測管道是否出現破裂等。排除本體滲油情況。2）不停電檢查呼吸器是否不能呼吸，一旦出現堵塞，更換吸濕器后再觀察油位和呼吸是否恢復正常。3）停電檢修時檢查膠囊是否滲漏，需要拆除儲油柜膠囊呼吸連管，采用白布包裹不銹鋼絲，伸入膠囊底部，拿出鋼絲觀察白布是否有油跡現象。如沒油跡，可排除膠囊破裂情況。4）不停電時，檢查油泵是否存在滲油情況，如果檢查發現有油泵存在滲油時，應及時停止該油泵運行，調整油泵運行方式，避免更多空氣進入變壓器內部，后續結合停電檢修，更換油泵，并將油枕頂部空氣排盡。 5）停電檢修時檢查油枕與膠囊之間是否存有氣體，打開油枕放氣塞，在放氣塞旁放氣體流動檢測裝置，用來檢測是否有大量空氣流動出來。 6）停電檢修時先確認油位是否處于正常狀態，可通過連通器原理確認實際油位后，再更換油位計，更換油位計應注意整套整體更換，避免因更換不到位造成缺陷無法消除。

5 結論

通過這起變壓器油位異常情況的處理，該文得出如下結論：1）在該次油位異常出現時，該文提前利用紅外測溫手段，大大縮短了油位異常缺陷原因分析的時間，使檢修人員能迅速判斷出該主變存在假油位現象，并得出造成油位異常的原因是油位計損壞引起的。后續可不斷關注油位不停電實際測量的技術發展，為技術判斷提供有力的工具。2）總結了變壓器運行過程中出現油位異常的幾種原因，并對油位異常提供了對應的有效處理方法，保證電力系統安全穩定運行。