一起500kV主变压器油位异常的分析及处理

黄国柳,李应宏,王贵山,何学敏

(中国南方电网超高压输电公司柳州局，广西 柳州 545006)

1 引言

储油柜是用于变压器的一种储油装置，其作用是当变压器由于负荷增大，油温升高，油箱内油膨胀，这时过多的油就会流入储油柜。反之温度降低时，储油柜内的油会再流入油箱，起到自动调整油面的作用，也就是储油柜起储油和补油作用，能保证油箱内充满油。同时由于装备了储油柜，使变压器与空气的接触面减小，且从空气中吸收的水分、灰尘和氧化后的油垢都沉积在油枕底部的沉积器中，从而大大减缓变压器油的劣化速度[1-7]。

针对网内近期发生的一起500kV变压器油位异常的缺陷，本文通过对储油柜结构、负荷变化、红外测温及冷却器启停等情况进行分析，判断缺陷的原因为变压器油位不合理、油位计动作值整定不正确。最后从设备运维风险管控方面提出了针对性的防护措施，为系统内类似异常处理提供参考。

2 异常情况

2.1 设备基本情况

某站#2主变型号ODFS-250000/500，额定容量250/250/80 MVA(单相)，为自然油循环风冷单相无载调压自耦变压器，储油柜为胶囊式结构，如图1所示。

图1 胶囊式储油柜结构

冷却方式为ONAN/ONAF，正常情况下主变的冷却器应切至自投控制模式及备用投入模式，依靠PLC程序根据顶层油温或负荷情况自动控制冷却器启动或停止。当主变油面温度到达55℃时，将自动投入第一组冷却器，油面温度达65℃时自动投入第二组冷却器。油面温控器接点断开时，延时10分钟停止相应的风机。当主变负荷电流达到定值时，启动第一、第二组冷却器，负荷电流复归后延时10分钟停止。

2.2 故障情况

某日，500kV某变电站#2主变突然发出“#2主变非电量保护C相本体油位异常”，且不能复归。异常发生时主变的负荷正在快速增长，从上午5时9时，负荷由 170MW增长至325MW。对#2主变油位进行检查，A相油位6.9， B相油位6.2，C相油位8.1，C相油位较AB相偏高。按设备说明书，主体油位计的报警位置为高油位Max和低油位Min，C相报警时油位未达到油位计厂家油位高告警设定值。

3 现场检查情况

3.1 信号回路排查

(1)检查#2主变非电量保护屏、风冷控制箱、C相本体端子箱均无受潮现象，C相储油柜处油位计波纹管外观完整，回路无受损现象。

(2)在#2主变风冷控制箱找到对应图中油位告警回路，测量信号回路对地直流电压，电压正常。但发现左侧告警回路并联，表明C相油位高告警、油位低告警回路至少有一条导通。

(3)拆除油位高告警接线端子，监控“#2主变非电量保护C相本体油位异常”信号立即复归，测量油位低告警端子电压正常。判断#2主变C相油位计油位高告警接点确实闭合。

可排除二次回路异常引出报警，初步判断为C相油位计油位高报警动作正确，但可能为设定值偏低引起。

3.2 油中溶解气体检查

检查#2主变近期油色谱数据，无特征气体突变异常，总烃无突变[8-16]。三相呼吸器正常呼吸，集气盒及瓦斯继电器无气体，分析主变本体无内部故障。

图2 气体继电器检查情况

3.3 油位变化分析

检查#2主变三相本体温度均衡，与后台油温相符。发生告警后，28日油位跟踪数据及油位测量图谱如下所示，可见三相油位当日内无明显突变。

表1 当日油位变化统计

图3 油位图谱

从以上油位测量图谱可知，实际油位与油位计显示油位相符，且呼吸器正常吐气，且近期油位数据是变化，可排除假油位及油位表卡涩可能。

(1)油位合理性分析

依据油温曲线，油温50℃的正常油位应为5.5左右，但实际C相到达了8.2且不再随温度上升而增大，B相油温50℃左右的的油位为6.5左右，A相油温54.2℃的油位为7.2，可见本体实际油位均比厂家技术要求的高，其中C相比标准要求油位高出了2.7，在#2主变负荷增加导致三相变压器油位上升时，因为油量越大，增加相同的温度，体积增加肯定也越大，所以表现出来C相的油位增加更快，进而首先超过告警值，发出报警信号。

(2)半年油位变化分析

对#2主变2020年的负荷、油位进行统计分析，变化趋势如表2所示。

表2 年度油位统计

2020年1～5月，主变负荷较低，三相油位保持平稳，主要在6以内，5～6月B相油位有所增长，但增长后呈下降趋势。6～7月以后，#2主变负荷增长至287.1MW，三相油位均上涨，但C相上涨较快。7～8月#2主变负荷降低，三相油位略有下降，但8月28日因系统原因，#2主变负荷增至330MW，三相油增长，C相上涨至8.2，发出高油位告警。

油位告警后，在冷却器不启动的情况下，28日11时到20时油位为8.2，20时到29日上午为8.1，29日9点以后一直为8.2，可见在高负荷和气温下，仅通过自然油循环自然冷却方式，变压器油温度下降及油冷缩量的极小的，若长时间累积，变压器油温及油位必然呈增长趋势。负荷突增对油温度上升及油位上涨的影响更突出。

3.4 冷却器检查及处理

29日上午现场检查，C相油位8.2，油温50℃左右，冷却器处于自动状态(第一组风机启动值60℃)，风机未启动，呼吸器往外快速吐气，如图4所示。现场分析认为随着白天气温上升，C相本体油温将上升，变压器内油持续膨胀将引起油位继续上升，油位高异常信号将无法消失。

图4 呼气器吐气

分析后，现场将冷却器控制转为手动控制，11时05分启动8个风扇给变压器散热，2分钟后呼吸器停止吐气，变压器油应不再膨胀；约10分钟后呼吸器开始吸气，应为风机启动后，冷却器加快散热，变压器油开始冷缩，油位不再继续上升，如图5所示。

图5 呼吸器吸气

但因中午现场气温较高，启动风扇后C相油温保持50℃左右，油温、油位变化不明显。分析认为油温下降主要依靠散热量-发热量的差值，目前负荷高达334MW，发热量大，差值就相对小些，且白天气温高时基本保持发热量=散热量，温度无法下降，所以降温时间会比较长一些，需C相的8个风扇保持启动运行状态，持续监控C相的油温、油位变化情况。

8月29日22时30分，现场汇报，C相油温夜间下降明显，油温为43℃，绕温48℃，呼吸器吸气，C相油枕油位已下降至7.9。但现场告警仍存在，未复归，至30日凌晨00时59分，#2主变C相油枕油位异常告警复归，异常消失。8月30日上午9时，现场检查#2主变C相油枕油位7.0，油温为38℃，绕温40℃。

图6 C相异常信号复位时的油位

4 原因分析

综上分析，本次#2主变C相油位异常报警原因如下：

(1)主变安装注入的变压器油高于油位曲线要求值，C相显著超过标准要求油位。之前#2主变长时间低负载运行，因此油位没有明显升高，未发生过油位高告警异常。但近期在负载明显升高、现场持续高温双重因素影响下，油温60℃以下时仅通过自然油循环自然冷却方式，变压器油温度下降及油冷缩量的极小的，导致变压器油温及油位长时间呈增长趋势造成油位明显上升，最终造成C相油发出“油位高告警”异常。

#2主变冷却器启动方式分为手动、自动方式，其中自动方式下60℃时启动第一组风机，70℃时启动第二组风机。考虑到油位是在负载升高、现在高温影响下逐渐上涨的，且油温60℃以下时仅通过自然油循环自然冷却方式，变压器油温度下降及油冷缩量的极小的，运维人员在油位上涨后，手动启动冷却器，增加变压器的散热量，避免变压器油位累积上涨。

(2)C相油位计“油位高报警”动作值偏低。按设备说明书，主体油位计的报警位置为高油位Max和低油位Min，但C相油位上升至8.1时已发出报警，加强冷却后，油位下降至7.9以下后才复归。后续结合停电对表计进行检查确认。

5 处理措施

5.1 短期措施

(1)变电站重点关注#2主变C油位，当高温、高负荷且C相油位持续上升至油位指示7.5(暂定7.5)时，现场运维人员需手动启动冷却器，增加变压器的散热量，避免变压器油位累积上涨导致报警。

(2)当全部冷却器已投入，仍存在油位持续上升的紧急情况时，申请退出重瓦斯，对油枕进行放油。

5.2 中长期措施

(1)结合停电对#2主变进行排油，确保油位与厂家油位曲线相符。

(2)联系厂家明确油位计动作的检查及调整措施，结合停电对#2主变C油位计动作值进行检查和调整。

后结合停电，对#2主变进行适量排油、油位计动作值调整后，运行至今未再出现异常。

6 结语

本文通过对某500kV主变压器油位异常进行分析，明确了异常原因及处理措施，为防同类设备缺陷提供了一种可行的判断和处理方法，有助于保证电力系统安全稳定运行。