一起1000 kV变压器油位异常动态的分析及处理

陈志鹏 陈韶辉 吴承福 唐亚鹏 漆 羕

（国网浙江省电力有限公司超高压分公司，浙江 杭州 311121）

0 引言

变压器油是一种稳定性好、黏度小、绝缘强度高、冷却性优良并经石油分馏的混合物。变压器的主要作用是绝缘、冷却，另外在有载开关、油断路器中具有消弧功能。变压器需要设有油枕，确保变压器油箱在任何工况下均能充满绝缘油，而且油枕的设置还能够预防变压器油的体积随着油温的变化而膨胀或缩小。总之，油枕能够起储油和补油作用，以保证油箱内充满油，减小变压器本体与空气的接触面，减缓油的劣化速度。为了使变压器器身和套管下部能可靠地浸入油中，以保证变压器安全运行，因此需要在油枕的侧面装有油位计，专门用来监视油位的变化[1]。一旦油位计本身出现异常，运行人员就会失去对变压器油位的监视，将危及变压器的安全稳定运行。

该文针对一起特高压1000 kV变压器运行中发生的油位指示与实际油位不一致的异常情况，通过油位计的结构及后续解体检查情况判断出导致油位异常的根本原因是油位计的浮子内部进油。最后分析总结变压器出现油位异常时的多种原因和对应检查处理方法，对变压器日常运维检修具有借鉴意义。

1 异常情况

1.1 设备基本情况

某特高压站某主变C相由保定天威保变电气股份有限公司生产，型号为ODFPS-1000000/1000。

该主变油位计由大连世有电力科技有限公司生产，型号YZF3-186×296（TH），其结构如图1所示。该油位计是通过液压机械传动测量系统来完成油位测量的，油位计根据两个浮子在油枕中的位置来检测实际油位。实际测量油位时，浮子会带动浮子连杆转动，再通过安装在油枕外壁的传感器和毛细管，传到指示仪表的液压系统。

图1 油位计结构组成

液压系统再通过液压转换模式，将液压产生的位移转化为指示表计的油位指针指示。两个波纹管和连接管组成了液压系统。波纹管有两个作用，第一是当浮子的位置出现变化时，会在波纹管中产生位移，再传递给指示仪表。第二是温度补偿的作用。

1.1 异常情况

2015年7月13日，运行人员发现某主变C相油位指示相对其他两相油位指示明显较低，且不符合油温-油位曲线，而A、B两相油位指示符合油温-油位曲线。

经过红外测温实际测量该主变三相油位，发现油位符合油位-油位曲线，三相实际油位未发现明显差距，现场检查主变外观也未发现渗漏油情况。综上所述，初步怀疑该油位计存在故障，出现了假油位现象。

2 现场检查、处理情况

2.1 第一次停电检修现场检查情况

2016年3月18日至23日主变停电检修期间，检修人员详细检查了主变C相油位异常情况。

首先，先拆开胶囊与呼吸器的连接法兰，检修人员将不锈钢丝一端包裹白布伸入胶囊底部，拿出后检查白布是否有油迹，以检查确认胶囊是否损坏。经检查胶囊内部。结果未发现油迹，证明胶囊无异常。

其次，检修人员采取一根透明的塑料软管，通过“连通器”原理对主变压器油枕的实际油位进行测量，如图2所示，方法如下：从变压器底部的取油样阀接到塑料软管的一端，软管的另一端固定在变压器油枕上方，使软管保持垂直状态，可测出变压器实际油位。经过主变C相油枕油位的实际测量，发现其与其他两相油位无明显差距。

图2 “连通器”原理进行油位实测

最后，确定造成油位异常的主要原因在于油位计。该油位计由指针表计、毛细管、传感器和浮子杆四部分组成。因此厂家更换了某主变C相本体油位计的指针表计、毛细管和传感器。由于更换浮子杆需要将油枕排油，当时该次检修人员未更换浮子及连杆。2016年5月15日，运维人员发现主变C相油位指示与刚更换后的油位指示基本一样，没有明显变化，而其他两相油位指示已随温度发生对应变化。

2.2 第二次停电检修现场检查情况

2017年3月6日至12日，某站某主变停电检修期间更换了主变C相油枕内部的浮子杆，然后注油，油枕油位恢复正常，符合油温-油位变化曲线了，如图3所示。

图3 某主变油温-油位曲线和注油后的油位

现场对更换下来的浮子杆、油位指针表计和传感器进行了详细检查，发现表计和传感器可以正常使用，而浮子杆中的下浮子存在一裂缝，并不断地渗出油。具体检查过程如下。1）核查油位计是否卡滞。拆除油位计表盘组件，手动拨动油位计指示表针，复装表盘组件后，油位指示迅速恢复，排除显示器组件卡滞的可能。2）检查油位计浮子、浮杆是否损坏。通过油枕引下的排油管对油枕进行排油处理。排油至瓦斯继电器位置后停止排油，拆出浮子杆，检查浮子外观，现场发现下浮子与连杆固定处存在裂缝，且用力挤压浮子外部时油迹渗出明显，如图4所示。

图4 存在裂缝的下浮子

2.3 现场处理情况

根据检查情况，现场进行了如下处置。

首先，更换整体油位计（指针表计、毛细管、传感器和浮子杆四部分）。重新安装前，检查浮杆与浮子转动是否配合正确，浮子上下转动后，指针会相应摆动，传感器正常。且更换的浮子与原浮子材质不同，该次更换的浮子材质是泡沫塑料，如图5所示。

图5 更换上去的新油位计

其次，对油枕进行抽真空处理。将油枕真空度抽至133Pa后持续保压2h。真空注油至油温-油位曲线表对应位置。利用简易U型连通管再次实测油枕的油位，与油位表计一致。

最后，进行气密性检查。从呼吸气管道对胶囊充入氮气，压力保持在0.015Pa，持续2h。检查发现保压过程中气体压力无明显变化，外观无明显渗漏现象。

2.4 浮子解体情况

2017年3月17日，在变电检修大厅内对某站某主变C相油枕内部浮子进行了解体检查，浮子连杆结构图如图6所示。浮子材质是尼龙材质。

图6 浮子和连杆结构图

2.4.1 上浮子解体检查

上浮子是通过一穿心螺杆与固定钢件连接，现场先拆掉上浮子，检查发现上浮子外观完好，无裂纹痕迹。用钢锯锯成两半，从剖开的浮子内部油迹颜色深浅可以看出油迹是从浮子内部与穿心螺杆接触部位向其他部位扩散的，如图7所示。

图7 浮子和连杆结构图

继续解剖上浮子，锯成8小块，检查发现上浮子内部存在吸油现象，且吸油痕迹由里及外愈发明显，如图8所示。

图8 上浮子解体情况

2.4.2 下浮子解体检查

对存在裂纹的下浮子进行解体，发现下浮子内部吸油现象更严重，用手挤压下浮子，绝缘油渗出明显。且下浮子内部存在多处空隙，共计6处，如图9所示。

图9 下浮子解体情况

3 油位异常原因分析

浮子和连杆浸在油中，总质量M不变。如果浮子内部不吸油，仅表面出现裂纹，基本不影响浮球总质量M。浮力F不变的情况下，浮子并不会下沉。

根据浮子解体情况，浮子内部的材料并非憎油性材料，相反具有较强的吸油性。厂家仅在浮子的外表涂有一层憎油性材料，防止浮子吸油。如果浮子外表面的涂层出现破损，变压器油就会被吸入浮子内部。此外浮子内部存在空隙，也会加剧“浮子吸油”的作用。浮子吸油后，质量不断增加。当浮子和连杆在油中的重力大于受到的浮力时，就会慢慢下沉，直至沉到油枕壁底，这时候油位计指示就出现慢慢下降为0的现象。

因此可判断某站某主变C相油位指示降为0的原因是浮子内部进油，原因如下：1）上浮子内部的穿心螺杆存在孔洞，浮子密封不良。2）浮子与连杆结合处存在裂缝。裂缝的产生可能是制造或者厂内装配过程中的薄弱部位，也有可能是在现场抽真空并加压检漏试验时，浮子的抗压能力不足，导致开裂。3）浮子内部的材质吸油，且存在空隙。

近几年来公司变电站范围内出现变压器油位异常的情况较多，该文通过这些事故案例对油位异常的原因进行分析，总结得出油位出现异常的主要原因有如下几种：1）主变本体出现渗漏油（瓦斯继电器、压力释放阀、取油阀、套管法兰面和油色谱在线监测管道等）。2）因呼吸器硅胶受潮或者装入过多，导致主变呼吸器运行过程中发生堵塞，使呼吸器无法正常呼吸，进而形成假油位。3）油枕胶囊破损，内部进入大量变压器油，使胶囊无法正常呼吸，引起油位指示异常（通过是否呼吸及油位情况判断）。4）油枕与胶囊之间的法兰面密封不严密，或者密封圈出现变形，导致空气缓慢进入油枕内部，长期慢慢积聚在油枕顶部，最终使油位指示异常。5）油泵负压区出现渗漏点。油泵启动后，空气进入变压器内部，慢慢积聚在油枕顶部，导致油位指示异常（针对强迫油循环冷却方式的变压器）。6）运行过程中，变压器油枕的油位计出现损坏，导致出现假油位。

4 油位异常影响及检查处理方法

4.1 油位异常的影响

首先，变压器油位过高。一旦变压器负荷增大，变压器油温升高明显，油体积将不断膨胀，会造成油枕油位不断上升，甚至导致压力释放动作，出现喷油现象。其次，油位过低。将会造成瓦斯内部因缺少油而集聚空气，导致出现瓦斯动作。当出现严重缺油时，变压器铁芯和绕组会暴露在空气中，降低变压器内部绝缘水平，同时可能导致绝缘件受潮。严重的话，甚至会造成变压器内部绝缘击穿事故[2]。

4.2 油位异常处理方法

根据可能造成油位异常的原因，检修人员制定了相应的处理方案。1）不停电检查本体各个部位以及器身是否出现渗漏油（油箱、瓦斯继电器、压力释放阀、取油阀、套管法兰面等），同时注意隐蔽部位，例如油色谱在线监测管道是否出现破裂等。排除本体渗油情况。2）不停电检查呼吸器是否不能呼吸，一旦出现堵塞，更换吸湿器后再观察油位和呼吸是否恢复正常。3）停电检修时检查胶囊是否渗漏，需要拆除储油柜胶囊呼吸连管，采用白布包裹不锈钢丝，伸入胶囊底部，拿出钢丝观察白布是否有油迹现象。如没油迹，可排除胶囊破裂情况。4）不停电时，检查油泵是否存在渗油情况，如果检查发现有油泵存在渗油时，应及时停止该油泵运行，调整油泵运行方式，避免更多空气进入变压器内部，后续结合停电检修，更换油泵，并将油枕顶部空气排尽。 5）停电检修时检查油枕与胶囊之间是否存有气体，打开油枕放气塞，在放气塞旁放气体流动检测装置，用来检测是否有大量空气流动出来。 6）停电检修时先确认油位是否处于正常状态，可通过连通器原理确认实际油位后，再更换油位计，更换油位计应注意整套整体更换，避免因更换不到位造成缺陷无法消除。

5 结论

通过这起变压器油位异常情况的处理，该文得出如下结论：1）在该次油位异常出现时，该文提前利用红外测温手段，大大缩短了油位异常缺陷原因分析的时间，使检修人员能迅速判断出该主变存在假油位现象，并得出造成油位异常的原因是油位计损坏引起的。后续可不断关注油位不停电实际测量的技术发展，为技术判断提供有力的工具。2）总结了变压器运行过程中出现油位异常的几种原因，并对油位异常提供了对应的有效处理方法，保证电力系统安全稳定运行。