一起220千伏变压器压力释放阀喷油与假油位的故障分析及对措探讨

（国网湖南省电力公司常德供电分公司，湖南常德市，415000） 钟 显 胡洪武 帅 勇 谢程亮

压力释放阀作为大型油浸式电力变压器的重要元部件,一般装设在变压器油箱顶盖上部。当变压器内部故障或某种原因是油箱压力升高，达压力释放阀开启值时，压力释放阀会在2ms内迅速开启喷油，使得油膨胀和分解产生的不正常压力得以及时释放，以免损坏油箱甚至造成更大的事故。当压力降至关闭值时，压力释放阀能可靠关闭，使得油箱维持正压，有效抵触了外部空气、水分及其他杂志侵入油箱[1-3]。此外，压力释放还通过非电量保护发动作告警信号，其正确动作与否直接关系变电系统的安全运行。

以高温天气下某一220kV变电站为例，介绍其中一台主变高温重载运行情况下，因油箱内压力过高，导致压力释放阀动作喷油现象。且发现此时储油柜内充满油，油位计呈现假油位。

1 胶囊式储油柜结构以及原理

胶囊式储油柜的基本结构如图1所示，其工作原理与油位计指示原理介绍如下。

图1 胶囊式储油柜基本结构

1.1 工作原理

胶囊式储油柜的工作原理是：储油柜内装有一个耐油橡胶气囊，胶囊内气室通过呼吸器与大气连通。正常运行时，气囊浮在油面上。当变压器油温升高膨胀时，油枕内油面上升，压挤胶囊向外排气。反之，油温降低油面下降时，胶囊从外面吸气胀大，自动平衡胶囊内外两侧压力。可见，通过胶囊可以跟随变压器油的温度变化灵活补偿油箱内压力差，有效防止油的绝缘老化。

1.2 油位计工作原理

目前，对于胶囊式储油柜的油位广泛采用浮球指针式油位计来显示，其结构如图2所示。

它以浮球为传感元件，浮球漂浮在油面上紧贴胶囊下壁，随油面上升下降而发生上下位移，再通过连杆、齿轮、磁耦合器等传动元件，将储油柜的油位用指针在表盘上指示出来。表盘上有极限报警红区，为现场维护人员指示出危险区域；还通过报警开关输出信号，实现高、低油位远距离报警监测。

图2 浮球指针式油位计基本结构

2 事件经过

某一220kV变电站有两台主变，其中2号主变型号为SFSZ10-180000/220，储油柜为胶囊式，整体油重为54t，油位计为浮指式油位计，可通过仪表刻度盘观察油位；压力释放阀装备两个，其型号为YSF8-55/130KJT，喷油口径φ130mm，开启压力55±5kPa。

某一天，2号主变将近满负荷运行，在某一时刻2号主变的一只压力释放阀突然动作喷油，控制室发报警信号。险情发生后，运维人员立即采用应急预案，对2号主变进行放油处理。当时气温约为37℃，油温温度显示为75℃，随后立即组织人员对此次故障开展检查试验分析。

3 检查试验内容

（1）检查瓦斯、差动、复合电压闭锁过流等保护均未动作，对上述保护定值核对，均为正确。

（2）油样化验。提取变压器油样进行化验，结果显示油色谱分析正常，同时未提取到瓦斯气体，由此判断变压器内部没有发生发电现象。

（3）校验压力释放阀开启压力为55kPa，关闭压力为29.5kPa，结果合格。

（4）检查与其联络上级变电站未发异常信号，说明该主变喷油未达到主变非电气量保护动作值，主变保护未拒动。

（5）对2号主变的油循环系统进行检查，主变油循环上的阀门均为正常开启状态。

（6）放油前对储油柜呼吸器进行检查，发现储油柜呼吸器有呼吸，且呼气的气泡较小。

（7）放油前检查发现油位计指示油位在7.5（油位计刻度最大指示10），发生喷油则怀疑储油柜油位过高。当对储油柜进行红外图像测试时发现，图像中显示储油柜充满油，此时油位计应为满油位指示，从而判断出油位计指示为假油位。

4 原因分析

4.1 压力释放阀动作原因

变压器压力释放阀动作主要有以下原因：

（1）当变压器内部发生绕组故障或近区短路，使得变压器急剧膨胀，油箱内压力快速升高导致压力释放阀动作开启。

（2）当变压器呼吸系统堵塞、运行温度过高等故障，油的膨胀时间不够导致压力增大。另一方面是，储油柜内油充满，体积随温度变化的变压器油无处膨胀，直接导致内部压力升高。

（3）压力释放阀开启值偏低。

（4）变压器补充油时操作不当。

针对文中2号变压器喷油可能的原因，结合现场的检查、试验内容，可以判断为是该变器运行温度过高，在储油柜内已经是充满油的情况下，体积随温度变化的变压器油无处膨胀，直接导致内部压力升高。同时，油位计无法直观的指示实际油位，呈现假油位，直接导致变压器运行巡视人员忽视高油位现象。

对2号变压器油箱内油温达75℃，在高温重载下，持续的温升、油的膨胀导致内部压力变大。尤其是变压器油充满储油柜后，变压器油无膨胀空间，一方面使得胶囊紧贴储油柜呼吸道孔，在变压器呼吸系统通畅的情况下，变压器呼吸系统虽有呼吸，但属非正常呼吸，呼吸量仅表现为胶囊中的残留气体在呼吸通道中的流动；另一方面，当压力升至压力释放阀动作启动值，满足动作条件时，压力释放阀发生动作喷油。

4.2 油位计假油位原因

当油位计刻度表出现与储油柜内油面高度不一致的油位故障时，即表现为假油位。对于胶囊式储油柜、浮指式油位计，其产生假油位的原因主要有∶

（1）主变呼吸系统呼吸通道堵塞，胶囊内空气不能随油位升高而排出，会造成油位计油位不正常。

（2）胶囊老化破损、传动机构卡涩、连杆卡涩脱落、指针磁耦合性能异常、浮球破裂、伸缩杆弯曲或扯断，也是易导致油位异常的常见原因。

（3）注油工艺存在缺陷，当采用压缩空气法或抽真空法，排气不充分或排气后未拧紧排气塞，会导致油箱内有大量气体，当温度升高到一定值，内部气体也会使油位非正常变化。

（4）当储油柜内油位较高的情况下，由于胶囊自身质量、储油柜内挂点过少等原因，易发生下垂的胶囊正好落在油位计浮球或连杆上，造成油位计无法正确显示油位，如图3所示。

图3 浮球受胶囊自重、胶囊挂点影响油位指示

结合变电站巡视内容，发现2号变压器在低温低负荷条件下，参照现场油温-油位曲线表，油位计可正确显示油位。但当高温重载下，储油柜内油位过高时，由于受胶囊自重的影响，油位计浮球位于胶囊下方，此时油位计显示油位与油温-油位曲线表出现偏差，无法正确、可靠的表征储油柜油位，呈现出假油位。

5 故障处理

针对上述问题，运维人员立即将现场实际情况向调度、设备运维管理单位进行汇报，并及时联系检修人员给予处理，检修人员到达现场进行喷油故障勘查后，进行变压器放油处理。

（1）将滤油机放油管接至事先准备好的储油柜放油。

（2）通过放油0.5吨后，检查储油柜运行功能正常，放油后油位计指示油位在6的位置，与当天的环境温度相符，其红外图像显示如图4所示。

图4 储油柜油位红外图像显示

（3）对该变电站2号变压器油取油样分析，检测数据正常。

6 防范措施

根据该变电站2号主变出现喷油、油位计假油位现象，可以看到，储油柜呼吸系统是否正常、储油柜油位的合理识别直接影响到变压器的正确运行与否。为了准确检测变压器油位，有效识别故障前期其潜伏故障或隐患，避免变压器因油位高而引发设备不安全，下面从储油柜呼吸器维护与巡视、储油柜油位是否正常的巡视诊断来进行探讨。

6.1 储油柜呼吸系统维护与巡视诊断

目前变压器普遍使用的是传统型呼吸器，当前主要是运维人员利用肉眼观察硅胶颗粒的变色来判断吸湿能力的好坏。

（1）工作中加强对变压器呼吸系统的巡查。正因为呼吸器是变压器与外界沟通的唯一通道，起着吸湿、平衡压力的作用。在主变运行时，呼吸器油封杯中应有冒泡现象，油温低时表现为吸气，气泡变化不明显；油温高时表现为呼气，气泡变化明显。

（2）对呼吸器硅胶进行及时维护。在硅胶变色超过2/3时就应当对变压器呼吸器硅胶进行更换，同时还应将油封杯的油进行更换、呼吸器进行清洁处理。

（3）正常运行情况下，从硅胶的变色识别呼吸通道是否漏气。呼吸器的硅胶应从下至上逐渐变色，如果出现上层硅胶变色情况，则可判断为呼吸器上层密封不严实导致漏气，进入变压器呼吸系统的气体未进行吸湿处理。

（4）防止硅胶浸油、硅胶颗粒太小、安装时联管管路中异物未清除、吸湿器密封胶垫未拆除等因素，导致呼吸管路堵塞直接影响内部压力升高产生假油位。

6.2 储油柜油位巡视诊断

上述综合分析可知，产生假油位的原因主要集中在胶囊老化故障、浮指式油位计故障、变压器呼吸器不畅通、储油柜内胶囊自量压迫油位计等方面，进而干扰了运维人员对变压器油量的判断。现场则表现为，变压器油温-油位曲线在高温重载下与实际油位偏差、不对应，导致缺乏参考指导意义。

针对文中因高温重载、储油柜满油下的假油位问题，下面从变压器的运行与检修两种状态进行讨论。

6.2.1 变压器运行时储油柜油位的巡视诊断

当变压器处于运行阶段时，除利用油位计、油温-油位曲线对油位进行判别外，还可利用储油柜内的油面温度差，通过红外检测图像的温度分布分析，可以判别储油柜内实际油位。

正因为红外图像上明显的温度分界线，一方面在负荷较轻时校验油位计油位指示是否正确，与油温——油位曲线是否相符；二是高温重载下储油柜出现假油位时，采用该测试方法找到油位计实际偏差，帮助运维人员巡检时更好的识别油位，防止油位误判而构成变压器运行隐患；三是参照原有的油温-油位曲线，根据油位偏差大小修正适应于该变压器的油温-油位曲线，进而得到油位过高的油温预警值。其分析与处理流程如图5所示。

值得注意的是，对红外图像所显示油位线的准确提取应该注意以下几点∶

（1）红外图像的拍摄。在变电站红外巡检中选择视角尽量正对储油柜，保证所获取的红外图像形状偏差不大。

（2）红外图像边缘化处理。对红外图像的边缘点进行拟合，辨识出储油柜的位置与形状。

（3）油面检测。通过在储油柜轮廓内设置多条纵向测温线，在各条测温线上变化最大的点作为有油与无油的分界点。

图5 油位过高的油温分析与处理流程

（4）油位线的形成。将得到的多个测温分界点进行处理，去除偏移较大的点，并将其他点连接起来，即得到有油与无油的分界线。

（5）油位的计算。由于视角偏差的原因，图像中的储油柜断面一般为椭圆形，通过油面分界线分割的图形归算至圆形断面中，所得油面垂直线的高度即为油位高度。

6.2.2 变压器检修时储油柜油位的诊断

（1）检修中检查吸湿器是否存在堵塞，油杯内是否正常，过少过多都不利于正常工作，检查硅胶有无失效和浸油现象，浸油的硅胶应立即更换，更换硅胶的颗粒不宜过小，检查吸湿器胶垫是否拆除。

（2）对储油柜内的胶囊进行检查，查看是否出现绝缘油，若发现胶囊老化、破裂应进行更换。

（3）若假油位是由于胶囊自重压在浮球表面造成，将胶囊用木棒摊平使之浮在油的表面时，观察油位计的指示是否恢复正常；若未恢复正常则考虑油位计故障进行处理。

（4）检查储油柜放气塞密封是否良好，若发现密封损坏应进行更换处理。

6.3 其他措施

针对文中的非故障原因导致假油位现象，还需要从变压器的设计、安装、运行等方面展开分析。

（1）变压器储油柜设计容量过小是影响变压器绝缘油体积调节的直接原因。一般现场主变的安装均按照油温-油位曲线表进行注油，如在夏季高温重负荷下，油温变化较大，储油柜的设计调节容量不够将直接影响主变的正常运行。

（2）对于胶囊式储油柜在安装过程中，由于储油柜内胶囊挂点较少或者其下垂部分落在浮球（连杆）上时，使得浮球上升受阻（或者长时间压力作用使得连杆变形），油位计无法准确指示油位。

（3）发现呼吸器中的硅胶变色后，应立即进行更换处理，油封杯也应采用透明的，以方便运维人员对呼吸装置进行检查，以保证正常运行。

（4）在高温重载下，一方面检查散热装置是否正常，同时也应增加巡视次数，加大隐患排查力度，发现异常情况及时上报并采取有效措施；另一方面应合理安排检修时间，避免高负荷期间进行，确保电网稳定运行。

（5）应充分利用红外图像检测手段帮助排除“假油位”的干扰，正确判断出实际油位的位置。

（6）为保证变压器正常呼吸系统、油位的正常，对于运维人员而言，一方面应了解设备的各个部件、原理，严格执行有关的技术标准与规程，对新安装设备进行严格的检测、试验和验收；另一方面运维人员应及时对胶囊式储油柜的假油位进行故障原因分析、故障部位判断和处理。

7 结束语

变压器呼吸器、储油柜油位检查是设备日常巡视维护的监测项目。通过对一起220kV变压器压力释放阀喷油、油位计假油位故障的综合分析，找出了发生故障的真正原因。并从中可以看到呼吸器与油位的巡检看似简单，但实际发生故障后将易导致变压器压力释放阀喷油，故运维人员应加强日常巡视、早发现、早治理，并提出了相应的防范措施，为防止类似问题发生，以期为变压器的健康稳定运行提供参考价值。