500 kV鹅城换流变油枕胶囊损坏原因分析

孙威，方毅平，刘秋平，尹旭

(国网湖南省电力公司检修公司，湖南长沙410004)

±500 kV鹅城换流变电站年度检修中，发现换流变极ⅠY/Y-B相油枕胶囊破损，该相换流变为ABB公司2002年产品，2012年对其进行油化试验时发现绝缘油含气量超标。

1 换流变油枕

1.1 油枕的作用

当变压器油的体积随油温的升降而膨胀或缩小时，油枕起着储油和补油的作用，以保证油箱内永远充满油，同时减少换流变与空气的接触面，减缓油的裂化速度。为了增加换流变油位的真实性，提高运行的可靠性，鹅城变在每相换流变的油枕里加装油位传感器，可远程监控换流变的真实油位。

1.2 油枕的结构

1.2.1 波纹式油枕

当油温上升时油箱内的变压器油通过输油软连管流入波纹膨胀芯体，波纹片膨胀展开，当油位上升到一定高度时，语言报警器接通，发出警报。从结构上可分为内油式和外油式，内油式如图1所示。

图1 波纹式 (内油式)油枕结构图

由于它具有结构简单、安装方便、且寿命长、灵敏度高和维护量小等特点，现在应用越来越广，其局限性在于不能进行抽真空注油，需进行二次补油。

1.2.2 隔膜式油枕

隔膜周边压装在上、下柜沿之间，隔膜的内侧紧贴在油面上，外侧和大气相通。集聚在隔膜外部的凝露水可以通过放水阀排除，其结构图如图2所示。由于现场故障率高，隔膜容易破坏，这种结构形式逐渐在系统中被淘汰。

图2 隔膜式油枕结构图

1.2.3 胶囊式油枕

胶囊内部与大气相通，当温度升高时，油面上升，通过与呼吸器相通的联通排除胶囊的气体，胶囊缩小;反之，油面下降，胶囊通过呼吸器吸入空气，体积增大，其内部结构如图3所示。

这种胶囊式结构注油方便，只需把胶囊与本体之间的阀门打开就可进行全真空注油，且耐压抗震能力强，在系统内最为常见，鹅城变极ⅠY/Y-B相换流变油枕为该种结构。但胶囊存在一定的安全隐患，可能影响到变压器的正常运行。

图3 胶囊式油枕结构图

2 换流变胶囊损坏原因分析

2.1 现场情况

原缺陷中包含了极Ⅰ Y/Y-B相绝缘油含气量超标，但气体继电器和油流继电器中没有发送过故障动作信号，排除了由于器身内部故障引起的气体含量超标，由此推断进气处最有可能为油枕部位。现场打开油枕顶盖检查，发现胶囊内已浸有部分变压器油。经现场检查和分析，推断原因如下:

1)胶囊与本体之间没有连通阀门，排除了由于全真空注油完后真空破坏的可能性。

2)本体呼吸器硅胶重50 kg，假如油经此进入胶囊，硅胶会吸收尽变压器油;另外，运维记录中没有油封杯中的变压器油明显减少或不见的记录，所以排除了由于在高温时呼吸器堵塞后，低温时突然呼吸畅通，外界大气压大于胶囊内部气压，把油封杯内的变压器油压入胶囊内的可能性。

故判定为胶囊破损，可能存在沙眼或渗油点，这样变压器油才能进入其内。

2.2 原因分析

1)油枕排气方法不当或工作不慎，胶囊在较大气压下被内壁毛刺破坏。该相换流变的油枕胶囊于前次检修时已进行过更换，在更换胶囊后对油枕排气采用的是注油排气法，即打开油枕顶部放气塞，把胶囊充满气，再往油枕内注油，随着油面升高，油枕中的气体从放气塞不断排出。

可能由于油枕放气塞较小，出气速度比进油速度慢，如果注油速度过快或工作中不慎，不仅无法排出油枕内的空气，反而随着注油量的增加，造成胶囊局部受力增大，当油枕内壁有毛刺时或某点突尖时，有可能造成胶囊破损。

2)胶囊随本体变压器油呼吸时多次上下运动，被下方油位传感器损坏。在更换已损坏的胶囊时，发现在胶囊下方装有油位传感器，且油位传感器的上端存在尖端棱角，当本体油温变化时，变压器油热胀冷缩，胶囊随着油面上下呼吸，有可能刚好撞在油位传感器的尖端上。由于广东地区昼夜温度变化快，胶囊随本体变压器油呼吸上下运动的次数，在多次和尖端物碰撞后，有可能使胶囊破损。

3)油枕内存有空气，可能使胶囊封堵呼吸出口，压挤破坏胶囊。油枕内存有空气时，空气随变压器油温升高而急剧膨胀，并压迫胶囊外沿下降(因胶囊顶部固定在储油柜上部，胶囊顶部不会下降)，且膨胀的油使胶囊底部升高，胶囊呈蘑菇状。变压器温度继续上升，当胶囊底部升高至其呼吸出口时，呼吸出口被堵塞，胶囊失去呼吸功能，内部压力随着胶囊被压扁而不断增大，最终可能被压挤破坏。

4)胶囊的制造材料和工艺较差。另一种可能是胶囊的制造材料和工艺达不到工艺要求，耐油性和耐高温性能较差，在变压器油的长期浸泡和应力下，发生老化和内部龟裂，最后发展到破损阶段。

3 胶囊损坏危害分析

虽然检修过程中发现胶囊内进入的变压器油不多，但时间一长，沙眼或渗漏点会进一步扩大，对变压器的使用寿命和安全运行有着很大威胁。

1)假油位，可能引起压力释放阀动作喷油。胶囊破坏后，油位计不能正确指示真实油位，引导检修人员往油枕内补油。当主变在高温环境下或高负载运行时，绝缘油体积随着油温升高不断膨胀，如油枕内部充满油后其内部已无法为继续膨胀的绝缘油提高膨胀空间时，持续增大的油压超过压力释放阀动作压力值时造成释放阀动作喷油。

如某220 kV变电站主变绝缘油吸附处理结束后发现油枕油位指示过低，考虑到油处理过程中有部分油损耗，就向本体补充700 kg绝缘油。当夏天高温天气来临时，压力释放阀动作，主变强迫停运。后经检查发现，油位计指示虽然在中间位置，但是油枕顶部已充满绝缘油。

值得注意的是，由变压器运行引起的绝缘油高温膨胀不同于主变内部电弧放电或绕组匝间短路、铁芯多点接地、漏磁增大等局部过热引发的绝缘油分解现象，它不会造成主变内部气体容量急剧增多和油流速度加快，因此喷油时主变本体、调压开关和套管气体继电器不会发送轻和重瓦斯动作信号。

2)堵塞本体呼吸通道，可能导致重瓦斯动作引起主变跳闸。胶囊破损进油后，在油重的作用下，胶囊的破碎皮条有可能堵塞油枕通至本体的油路管路，使油只能留在油枕而不能回流到本体，本体内逐渐形成负压、瓦斯内少油或无油，造成轻瓦斯和重瓦斯动作，导致主变三侧断路器跳开。

如某500 kV变电站原主变C相油枕胶囊破裂，油进入胶囊过重而堵塞油枕至本体的油路管道，当本体油冷缩时、瓦斯内少油，轻瓦斯动作，此后油化人员取样时，大量进气导致重瓦斯动作主变跳闸。

3)主变本体吸潮进水，存在着主变安全运行隐患，严重情况可导致主变毁灭性损坏。胶囊一旦损坏，变压器由密封状态变为非密封状态，油枕油面与外界气压平衡，且与外界直接接触，难以阻挡外界水分和潮气进入油内。

一方面水分的存在会促进有机酸对铜、铁等金属的腐蚀作用，对油的氧化作用起催化作用，加速变压器油的老化，降低变压器油的绝缘性能;另一方面溶解于油中的水分子在高温高热或强电场的作用下分解，产生氢气和其它气体，造成绝缘油色谱异常，含气量超标;更严重的是溶解在变压器油中的水在强电场的作用下易向绕组聚集，使变压器绕组的纸质绝缘吸收水后绝缘性能降低，甚至遭到永久的破坏，引起线圈对地击穿或线圈匝间短路，造成设备毁灭性损坏。

吸潮进水现象难以察觉，长此以往，对变压器绝缘品质和使用寿命都会产生不利影响，对变压器的安全运行形成严重威胁。

4 结束语

综上所述，运行油枕的安全和完好对保障变压器的使用寿命和安全运行具有十分重要的意义，在主变日常运维检修时，应注意以下几点:

1)一旦发现油枕油位下降，不要立即采取补油措施，首先要查明及判断油的去处，是渗漏了还是进入了胶囊。

2)更换该胶囊排出油枕空气时，要注意首先把本体与油枕之间的阀门关掉 (因为该换流变的压力释放阀与本体之间未装设阀门)，防止往胶囊充气时，胶囊内的气压传递到压力释放阀上，引起压力释放阀动作喷油。

3)油枕大修时除应对胶囊进行更换外，还应检查油枕的回油口，看是否有加装1个反扣的杯状网隔，如没有则应予以加焊，防止胶囊破损后，堵塞回油口，引起主变运行异常。

4)建议在条件具备的情况下，用波纹式油枕替代胶囊式油枕，这样就可消除胶囊破损给主变运行带来的安全隐患。

〔1〕国家电网公司.变压器检修〔M〕.北京:中国电力出版社，2010.

〔2〕莫有德.一起变压器油枕异常引起压力释放阀动作的处理过程及分析〔J〕.广西电业.2007(7):76-78.

〔3〕唐捷.一起220 kV变压器压力释放阀异常动作的缺陷处理及原因分析〔J〕.变压器.2009(8):56-58.