外油波纹储油柜波纹移动顺畅定量测试工具研制与应用

朱弘祺 张健能 傅文锋

摘要：变压器外油波纹储油柜波纹移动卡涩会引起故障跳闸，影响现场设备的安全稳定运行。目前外油波纹储油柜尚无简单、有效的方法定量判断波纹膨胀器移动的阻力情况，鉴于此，分析了外油式金属波纹管储油柜工作原理，并提出了一种定量测量波纹膨胀器移动阻力情况的方法，可为储油柜检修提供依据。

关键词：变压器；储油柜；油位计；波纹移动卡涩

中图分类号：TM411    文献标志码：A    文章编号：1671-0797（2023）12-0042-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.12.012

0    引言

储油柜在变压器油随温度升高或降低时提供容积补偿，同时使用金属波纹膨胀器、胶囊等方式使变压器油与空气隔绝。在电力系统中，外油金属波纹储油柜应用广泛，但因其本身结构特性影响，在现场运行工况下，外油式波纹储油柜存在因金属波纹膨胀器与外壳发生摩擦，导致滑轮磨损、引起卡涩等现象。若金属波纹膨胀器出现卡阻，当变压器油随温度膨胀或收缩时，波纹膨胀器无法正常收缩或膨胀，可能会引起空气、潮气进入变压器油箱、阀门、气体继电器等薄弱部位，或者产生渗油、溢油等现象，当内部压力过大时，会造成压力释放阀动作喷油[1]，还可能会引起波纹膨胀器抖动，致使油流涌动而使变压器重瓦斯保护误动[2-3]，影响现场设备的安全稳定运行。

文献[3]提出通过油位计指示判断外油波纹储油柜波纹移动是否顺畅，而油位计是一个拉力盒装置，反映的是波纹膨胀器的水平位移，与储油柜内油位、油压无关。油位计只能够反映波纹膨胀器的水平位置，也就是波纹膨胀器移动是否出现大的速度变化，使油位计位置有突变，从而判断是否有卡涩，因此文献[3]不能够定量分析阻力的大小，只能够发现卡涩后突然释放的情况。文献[4]提出变压器受到的压力发生突然变化，就会产生油流涌动，其仅限于发现波纹移动卡阻，仅适用于突然释放造成的大扰动情况的判断，而且也是一种定性的测试方法。

本文通过波纹膨胀器内外壓力差来发现移动的阻力变化，实现由定性测试到定量测试的转变，能够测量出波纹膨胀器移动过程中的受力情况（内腔的气压或外腔的油压），从而定量判断其是否顺畅，定量分析波纹膨胀器移动阻力情况。

1    外油波纹储油柜工作原理及卡涩原因分析

1.1    工作原理

外油式金属波纹储油柜由筒体、波纹膨胀器、油位指示结构、注放油口及呼吸口等组件构成，如图1所示，绝缘油在储油柜筒体和波纹膨胀器之间，当绝缘油膨胀或收缩时，金属波纹膨胀器压合或展开，实现容积补偿[5]。外油式金属波纹储油柜的优点是可长久使用，维护方便，波纹管发生漏油后不影响变压器的带电运行，安装位置高于变压器套管，可以发现套管的密封缺陷。缺点是波纹管在储油柜内做横向运动容易发生卡涩，卡涩不动时会造成假油位[6]；卡涩跳动时会引起油流涌动，涌动过快会造成重瓦斯保护动作跳闸。

1.2    波纹移动卡涩原因分析

卡涩的原因有波纹管与储油柜间隙小；储油柜波纹补偿器运输前充气压不合格，使波纹管压缩后在油枕内摆动受损，造成波纹管变形和卡涩；安装充气未控制好气泵的压力，导致压力过高损害波纹管的密封或使波纹管变形；储油柜在装卸、运输、安装过程中被碰撞产生凹陷、储油柜不圆；波纹管的滚轮不灵活等。过去储油柜与波纹管滚轮的间隙为3～4 mm，总间隙≤8 mm，不论有无滚轮导向滑道都是如此[4]。当储油柜制造工艺不精、外壳制造不圆或储油柜在运输、安装途中被碰撞产生凹陷时，其间隙就小于设计值，凹陷严重的甚至会超过预留间隙值，有的凹陷变形量达到10 mm以上，这样的储油柜在运行中必然发生卡涩现象。卡涩严重时波纹管不动作会造成假油位，卡涩不很严重时会发生弹跳引起油流涌动，涌动速度过快时还会造成重瓦斯动作。

2    测试方法

2.1    测试原理

本文测试方案是检测外油波纹储油柜波纹膨胀器移动的阻力情况，并通过波纹膨胀器的移动判断油位计是否卡涩，指示是否正常。首先打开油枕的排气阀，让油枕与波纹膨胀器内的变压器油表面为大气压。再通过气泵对油枕波纹膨胀器进行缓慢抽气、充气，通过观察呼吸管气体压力和变压器本体油压力是否相应缓慢上升或下降、油位计是否有抖动来判断波纹膨胀器移动是否顺畅，或存在卡涩现象。同时，可通过对比呼吸管内气压变化值与变压器内油压变化值是否对应，判断波纹膨胀器移动是否顺畅。通过观察油枕油位计转动情况和波纹膨胀器移动的金属摩擦声，可辅助判断波纹膨胀器移动是否有卡涩。

油压计算公式如下：

式中：P油压为油压；ρ为油的密度；g为重力加速度；h为油位高度。

式中：ΔP1、ΔP2为油压变化量；h0为大气压力平衡下的油位高度；h1为抽气方式下的油位高度；h2为充气方式下的油位高度。

若实际测得抽气方式下的油压P1与计算油压ΔP1=ρg（h1-h0）差值大于设定阈值，或实际测得充气方式下的油压P2与计算油压ΔP2=ρg（h0-h2）差值大于设定阈值，则判断波纹膨胀器移动有卡涩。且可重复抽气充气过程多次，若抽气充气过程中观察到压力表有抖动、透明软管油位有波动、油位计转动有抖动以及多次测得的P1、P2值差异大，则判断波纹膨胀器移动有卡涩。

2.2    测试工具

本测试工具包括压力调整模块、气压检测模块、油压检测模块三部分，装置安装部位如图2所示。

1）压力调整模块包括小型气泵（或压缩空气瓶）、保持阀门、呼吸器管道接头、连管，如图3所示。采用小型气泵（或压缩空气）向变压器油枕抽气或充气。通过保持阀门使得油枕的压力保持稳定，随时中断压力调整，切断气体交换，从而更好地观察呼吸管内气压变化以及变压器内部各处油压力变化情况。

2）气压检测模块，如图3所示，采用相对压力表测量、反映呼吸管内气体压力的变化。

3）油压检测模块，包括管道接头、带刻度的透明软管和阀门，如图4所示。带刻度的透明软管用来观察油位。通过管道接头与变压器油枕、本体的变压器油相连，即可检测到变压器油枕在充抽气过程中油位对应的高度变化，从而检测出变压器内部油压力的变化。

2.3    测试步骤

1）连接测试工具，记录油枕油位指示。

2）测量本体油与大气压力平衡的高度在油枕的位置，并拍照记录。

3）打开油枕上方排气孔阀门，再次记录油枕油位指示及本体油与大气压力平衡的高度h0。

4）将气泵接抽气方式，启动气泵，观察压力表压力变化、是否有抖动，油位测试透明软管油位变化、是否有波动，以及油枕油位计转动是否顺畅平缓，直至油位计指示接近满刻度，记下真空压力值P1和油位测试透明软管油位高度h1。

5）将气泵改接充气方式，启动气泵，观察压力表压力变化、是否有抖动，油位测试透明软管油位变化、是否有波动，以及油枕油位计转动是否顺畅平缓，直到油枕排气阀出油（油枕油位计接近初始位置时应减慢充气速度，防止大量溢油），记下压力值P2和油位测试透明软管油位高度h2。

6）再重复步骤4）、步骤5）两次，并记录数据。

7）拆除测试工具，安装好呼吸器，结束测试工作。

测试步骤如图5所示，若压力表有抖动、透明软管油位有波动、油位计转动有抖动以及多次测得的P1、P2值差异大，则判断波纹膨胀器移动有卡涩。若P1与ρg（h1-h0）差值大于设定阈值或P2与ρg（h0-h2）差值大于设定阈值，则判断波纹膨胀器移动有卡涩。

3    现场试验验证

对某变电站外油波纹储油柜主变开展了相关试验，现场试验装置安装如图6所示。

测试记录数据如表1所示。

初始油位h0在油枕的1/3高度处，原油位约4.5格。打开油枕排气阀后，膨胀器收缩，油位计指示7格；从呼吸器连管抽气，气压为-0.7 kPa时，油位计指示8格；呼吸连管破真空后膨胀器复位，油位计指示7.5格。从呼吸连管充气，直至油枕排出全部空气，油位计指示4格，充气压力8 kPa。通过以上测试数据可判断此主变波纹管移动顺畅。

4    结论

本文的测试方法可通过如下几个方面判断波纹膨胀器是否移动顺畅、油位计指示是否正常：

1）打开储油柜排气阀，通过调压装置改变波纹膨胀器内腔压力，使波纹膨胀器运动，从而可以不排油观察波纹膨胀器的运动。

2）观察连接在呼吸管上的压力表是否在充气、抽气过程中缓慢上升或下降，是否出现抖动。

3）观察本体油压（油位测试透明连管油位）是否在充气、抽气过程中缓慢上升或下降，是否出现波动。

4）对比呼吸管内气压变化值与变压器内油压变化值是否对应。

本测试方法简单、有效，能够定量分析波纹膨胀器移动阻力情况，便于运维人员正确评估储油柜运行工况，有利于保障电网安全稳定运行。

[參考文献]

[1] 李海宇，陈泳，汤销斌.浅析变压器呼吸器和油位计的原理及运维注意事项[J].机电信息，2013（36）：66-67.

[2] 郑世平.变压器储油柜瓦斯继电器跳闸原因分析[J].内蒙古电力技术，2004，22（6）：28-29.

[3] 李如锋，刘雪薇，于璐.一起110 kV变压器瓦斯动作原因分析[J].电力安全技术，2019，21（5）：30-32.

[4] 刘渤华.外油式金属波纹储油柜运行分析[J].变压器，2007，44（8）：54-58.

[5] 姚田彪，刘强，张国栋，等.金属波纹储油柜油位指示问题的分析和改进[J].变压器，2018，55（5）：48-51.

[6] 于波.外油式金属波纹管储油柜油位异常分析及处理[J].广西电力，2012，35（4）：35-37.

收稿日期：2023-04-26

作者简介：朱弘祺（1993—），女，湖南人，硕士研究生，工程师，研究方向：变电运维。

通信作者：张健能（1972—），男，广东人，工程硕士，高级工程师，研究方向：变电设备检修维护。